Acid Aceitc- Nuoc Mam Chop

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

MỤC LỤC Lôøi môû ñaàu...............................................................................................................................................2 CHÖÔNG 1: GIÔÙI THIEÄU VEÀ ACETIC...................................................................................................3 1. Lyù thuyeát veà chöng caát.......................................................................................3 2. Giôùi thieäu sô boä veà nguyeân lieäu........................................................................7 CHÖÔNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ..............................................................................11 CHÖÔNG 3: CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG..............................................14

1. 2. 3. 4.

Caùc thoâng soá ban ñaàu.................................................................................................14

Xaùc ñònh suaát löôïng saûn phaåm ñænh vaø saûn phaåm ñaùy thu ñöôïc 14 Xaùc ñònh tæ soá hoaøn löu thích hôïp:..........................................................................15

Xaùc ñònh suaát löôïng mol cuûa caùc doøng pha :..................................................16 5. Phöông trình ñöôøng laøm vieäc soá maâm lyù thuyeát:.....................................................18 6. Xaùc ñònh soá maâm thöïc teá:..........................................................................................20 7. Caân baèng naêng löôïng.....................................................................................................22 CHÖÔNG 4: TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH.........................................................................................29 Ñöôøng kính thaùp .............................................................................................................................29

1. 2.

Ñöôøng kính ñoaïn caát .........................................................................................................29 Ñöôøng kính ñoaïn chưng........................................................................................................32

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 1

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

I. Chieàu cao thaùp ...................................................................................................................35 Tính toaùn choùp vaø oáng chaûy chuyeàn.........................................................................................36 A. Tính cho phaàn caát........................................................................................................36 B. Tính cho phaàn chöng.....................................................................................................38 Tính trôû löïc thaùp...............................................................................................................................41 A. Toång trôû löïc phaàn caát..............................................................................................41 B. Toång trôû löïc phaàn chöng...........................................................................................43 CHÖÔNG 5: TÍNH CÔ KHÍ ......................................................................................................................45

1. 2.

3. 4.

Tính beà daøy thaân truï cuûa thaùp.................................................................................50 Tính ñaùy vaø naép thieát bò............................................................................................50 Choïn bích gheùp thaân, ñaùy vaø naép........................................................................51

Tính tính chi tieát oáng daãn...................................................................................54 5. Chaân ñôõ thaùp................................................................................................................58 6. Tai treo thaùp :.................................................................................................................................59 7. Lôùp caùch nhieät :.....................................................................................................60 CHÖÔNG 5: TÍNH THIEÁT BÒ PHUÏ........................................................................................................62 I. Thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp :......................................................................................62 Thieát bò ngöng tuï sản phẩm đỉnh..........................................................................................................................................66 III. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy......................................................................71 IV. Thieát bò đđun sôi dòng nhập liệu ..........................................................................................................78

v. Boàn cao vò :........................................................................................................................82 VI. Bôm...............................................................................................................................................86 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO............................................................................................91

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 2

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

LÔØI MÔÛ ÑAÀU Ngaøy nay khi quaù trình Coâng Nghieäp Hoùa – Hieän Ñaïi Hoùa ñaát nöôùc ngaøy caøng phaùt trieån keùo theo noù laø caû moät heä thoáng caùc thaønh phaàn kinh teá vaø caùc cô caáu kinh teá khaùc cuõng ñi leân theo. Khoâng naèm ngoaøi xu theá ñoù ngaønh coâng nghieäp thöïc phaåm ñang ngaøy caøng phaùt trieån . Haøng loaït caùc quy trình coâng ngheä môùi ñöôïc nghieân cöùu, öùng duïng vaøo thöïc tieãn nhaèm naâng cao naêng suaát, chaát löôïng saûn phaåm ñaùp öùng toát hôn nhu caàu cuûa con ngöôøi. Quaù trình chöng caát laø quaù trình toàn taïi raát laâu trong xaõ hoäi vaø noù luoân song haønh cuøng vôùi ñaø phaùt trieån theá giôùi. Vaø roõ raøng khoâng ai coù theå phuû nhaän taàm quan troïng cuûa noù vôùi coâng nghieäp noùi chung vaø ngaønh thöïc phaåm noùi rieâng. Chöng caát ñoùng vai troø chính trong caùc quaù trình saûn xuaát röôïu, acid acetic, aceton, methanol… Ñoà aùn naøy taäp trung vaøo nghieân cöùu thieát keá quaù trình thieát bò chöng caát heä acid acetic – nöôùc baèng maâm choùp troøn. hoaït ñoäng lieân tuïc vôùi naâng suaát nhaäp lieäu : 500l/h coù noàng ñoä 20% mol acid axetic ,thu ñöôïc saûn phaåm ñaùy coù noàng ñoä acid axetic laø 96%, hieäu suaát thu hoài laø 99%

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 3

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

GIÔÙI THIEÄU I.

LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT :

1. Khaùi nieäm: Chöng caát laø quaù trình duøng ñeå taùch caùc caáu töû cuûa moät hoãn hôïp loûng cuõng nhö hoãn hôïp khí loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp (nghóa laø khi ôû cuøng moät nhieät ñoä, aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa caùc caáu töû khaùc nhau). Thay vì ñöa vaøo trong hoãn hôïp moät pha môùi ñeå taïo neân söï tieáp xuùc giöõa hai pha nhö trong quaù trình haáp thu hoaëc nhaû khí, trong quaù trình chöng caát pha môùi ñöôïc taïo neân baèng söï boác hôi hoaëc ngöng tuï. Trong tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát, chöng caát vaø coâ ñaëc khoâng khaùc gì nhau, tuy nhieân giöõa hai quaù trình naøy coù moät ranh giôùi cô baûn laø trong quaù trình chöng caát dung moâi vaø chaát tan ñeàu bay hôi (nghóa laø caùc caáu töû ñeàu hieän dieän trong caû hai pha nhöng vôùi tyû leä khaùc nhau), coøn trong quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng bay hôi. Khi chöng caát ta thu ñöôïc nhieàu caáu töû vaø thöôøng thì bao nhieâu caáu töû seõ thu ñöôïc baáy nhieâu saûn phaåm. Neáu xeùt heä ñôn giaûn chæ coù 2 caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm:  Saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn vaø moät phaàn raát ít caùc caáu töû coù ñoä bay hôi beù.  Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù vaø moät phaàn raát ít caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn. Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic thì: Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 4

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

 Saûn phaåm ñænh chuû yeáu laø nöôùc.  Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu laø axit axetic. 2. Caùc phöông phaùp chöng caát: 2.1. Phaân loaïi theo aùp suaát laøm vieäc: - AÙp suaát thaáp: - AÙp suaát thöôøng - AÙp suaát cao Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy laø döïa vaøo nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû, neáu nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû quaù cao thì ta giaûm aùp suaát laøm vieäc ñeå giaûm nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû. Phaân loaïi theo nguyeân lyù laøm vieäc: - Chöng caát ñôn giaûn: Trong quaù trình chöng ñôn giaûn hôi ñöôïc taïo thaønh vaø ñöôïc laáy ngay ra vaø cho ngöng tuï . Thaønh phaàn vaø löôïng , saûn phaåm ñænh vaø ñaùy luoân thay ñoåi theo thôøi gian . - Chöng giaùn ñoaïn : coù theå coi thaùp chöng caát laøm vieäc giaùn ñoaïn laø ñoaïn caát cuûa thaùp chöng caát laø vieäc lieân tuïc. Nhö vaäy trong thaùp chöng caát giaùn ñoaïn chæ coù quaù trình caát chöng khoâng coù quaù trình chöng. Phöông phaùp naøy ñuôïc söû duïng trong caùc tröôøng hôïp sau: 2.2.

+ Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau. + Khoâng ñoøi hoûi saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao. + Taùch hoãn hôïp loûng ra khoûi taïp chaát khoâng bay hôi. + Taùch sô boä hoãn hôïp nhieàu caáu töû. Chöng caát: laø quaù trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nheàu ñoaïn. Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 5

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Phaân loaïi theo phöông phaùp caáp nhieät ôû ñaùy thaùp: • Caáp nhieät tröïc tieáp: thöôøng ñöôïc aùp duïng tröôøng hôïp chaát ñöôïc taùch khoâng tan trong nöôùc . - Caáp nhieät giaùn tieáp Vaäy: Ñoái vôùi ñoà aùn chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc vaø phöông phaùp caáp nhieät giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng. 2.3.

3. Thieát bò chöng caát: Trong saûn xuaát thöôøng duøng nhieàu loaïi thieát bò khaùc nhau ñeå tieán haønh chöng caát. Tuy nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nhau nghóa laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä phaân taùn cuûa moät löu chaát naøy vaøo löu chaát kia. Neáu pha khí phaân taùn vaøo pha loûng ta coù caùc loaïi thaùp maâm, neáu pha loûng phaân taùn vaøo pha khí ta coù thaùp cheâm, thaùp phun,… Thaùp chöng caát raát phong phuù veà kích côõ vaø öùng duïng ,caùc thaùp lôùn nhaát thöôøng ñöôïc öùng duïng trong coâng nghieäp loïc hoaù daàu. Kích thöôùc cuûa thaùp : ñöôøng kính thaùp vaø chieàu cao thaùp tuyø thuoäc suaát löôïng pha loûng, pha khí cuûa thaùp vaø ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm. Ta khaûo saùt 2 loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø thaùp cheâm. 

Thaùp maâm: thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng phía trong coù gaén caùc maâm coù caáu taïo khaùc nhau, treân ñoù pha loûng vaø pha hôi ñöôïc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu taïo cuûa ñóa, ta coù: - Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù choùp daïng troøn, xupap, chöõ s… - Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm boá trí caùc loã coù ñöôøng kính 3-12mm ñöôïc boá trí treân caùc ñænh tam giaùc,böôùc loå baèng 2,5 ñeán 5 laàn ñöôøng kính



Thaùp cheâm (thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu baäc noái vôùi nhau baèng maët bích hay haøn. Vaät cheâm ñöôïc cho vaøo thaùp theo moät trong hai phöông phaùp: xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï.

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 6

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

So saùnh öu nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp: Thaùp cheâm

Öu ñieå m

Thaùp maâm choùp

- Caáu taïo khaù ñôn giaûn.

- Trôû löïc töông ñoái thaáp.

- Trôû löïc thaáp.

- Hieäu suaát khaù - Hieäu suaát cao. cao.

- Laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng baån neáu duøng ñeäm caàu coù ρ ≈ ρ cuûa chaát loûng. - Do coù hieäu öùng thaønh → hieäu suaát truyeàn khoái thaáp.

Nhö ôïc ñieå m

Thaùp maâm xuyeân loã

- Ñoä oån ñònh khoâng cao, khoù vaän haønh. - Do coù hieäu öùng thaønh → khi taêng naêng suaát thì hieäu öùng thaønh taêng → khoù taêng naêng suaát.

- Khoâng laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng baån.

- Khaù oån ñònh.

- Coù trôû löïc lôùn.

- Tieâu toán - Keát caáu khaù nhieàu vaät phöùc taïp. tö, keát caáu phöùc taïp.

- Thieát bò khaù naëng neà. Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 7

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

II.

GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ VEÀ NGUYEÂN LIEÄU : 1. Axit axetic: 1.1. Tính chaát: Axit axetic noùng chaûy ôû 16,6oC, ñieåm soâi 118oC, hoãn hôïp trong nöôùc vôùi moïi tyû leä. Trong quaù trình hoãn hôïp vôùi nöôùc coù söï co theå tích, vôùi tyû troïng cöïc ñaïi, chöùa 73% axit axetic (D : 1,078 vaø 1,0553 ñoái vôùi axit thuaàn khieát). Ngöôøi ta khoâng theå suy ra ñöôïc haøm löôïng axit axetic trong nöôùc töø tyû troïng cuûa noù, ngoaïi tröø ñoái vôùi caùc haøm löôïng döôùi 43%. Tính aên moøn kim loaïi:  Axit axetic aên moøn saét.  Nhoâm bò aên moøn bôûi axit loaõng, noù ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic ñaëc vaø thuaàn khieát. Ñoàng vaø chì bò aên moøn bôûi axit axetic vôùi söï hieän dieän cuûa khoâng khí.  Thieác vaø moät soá loaïi theùp nikel – crom ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic. Axit axetic thuaàn khieát coøn goïi laø axit glaxial bôûi vì noù deã daøng ñoâng ñaëc keát tinh nhö nöôùc ñaù ôû döôùi 17oC, ñöôùc ñieàu cheá chuû yeáu baèng söï oxy hoùa ñoái vôùi andehit axetic. Khoâng maøu saéc, vò chua, tan trong nöôùc vaø coàn etylic. 1.2. Ñieàu cheá: Axit axetic ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch: 1) Oxy hoùa coù xuùc taùc ñoái vôùi coàn etylic ñeå bieán thaønh andehit axetic, laø moät giai ñoaïn trung gian. Söï oxy hoùa keùo daøi seõ tieáp tuïc oxy hoùa andehit axetic thaønh axit axetic. CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O 2) Oxy hoùa andehit axetic ñöôïc taïo thaønh baèng caùch toång hôïp töø acetylen. Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 8

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Söï oxy hoùa andehit ñöôïc tieán haønh baèng khí trôøi vôùi söï hieän dieän cuûa coban axetat. Ngöôøi ta thao taùc trong andehit axetic ôû nhieät ñoä gaàn 80oC ñeå ngaên chaën söï hình thaønh peroxit. Hieäu suaát ñaït 95 – 98% so vôùi lyù thuyeát. Ngöôøi ta ñaït ñöôïc nhö theá raát deã daøng sau khi cheá axit axetic keát tinh ñöôïc. CH3CHO + ½ O2

Cobanaxetatôû80o C  →

CH3COOH

3) Toång hôïp ñi töø coàn metylic vaø Cacbon oxit. Hieäu suaát coù theå ñaït 50 – 60% so vôùi lyù thuyeát baèng caùch coá ñònh cacbon oxit treân coàn metylic qua xuùc taùc. Nhieät ñoä töø 200 – 500oC, aùp suaát 100 – 200atm: CH3OH + CO → CH3COOH vôùi söï hieän dieän cuûa metaphotphit hoaëc photpho – vonframat kim loaïi 2 vaø 3 hoùa trò (chaúng haïn saét, coban). ÖÙng duïng: Axit axetic laø moät axit quan troïng nhaát trong caùc loaïi axit höõu cô. Axit axetic tìm ñöôïc raát nhieàu öùng duïng vì noù laø loaïi axit höõu cô reû tieàn nhaát. Noù ñöôïc duøng ñeå cheá taïo raát nhieàu hôïp chaát vaø ester. Nguoàn tieâu thuï chuû yeáu cuûa axit axetic laø:  Laøm daám aên (daám aên chöùa 4,5% axit axetic).  Laøm ñoâng ñaëc nhöïa muû cao su.  Laøm chaát deûo tô sôïi xenluloza axetat – laøm phim aûnh khoâng nhaïy löûa.  Laøm chaát nhöïa keát dính polyvinyl axetat.  Laøm caùc phaåm maøu, döôïc phaåm, nöôùc hoa toång hôïp.  Axetat nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant trong ngheà nhuoäm)  Phaàn lôùn caùc ester axetat ñeàu laø caùc dung moâi, thí duï: izoamyl axetat hoøa tan ñöôïc nhieàu loaïi nhöïa xenluloza. 2. Nöôùc: 1.3.

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 9

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Trong ñieàu kieän bình thöôøng: nöôùc laø chaát loûng khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò nhöng khoái nöôùc daøy seõ coù maøu xanh nhaït. Khi hoùa raén noù coù theå toàn taïi ôû daïng 5 daïng tinh theå khaùc nhau. Tính chaát vaät lyù:  Khoái löôïng phaân töû : 18 g / mol 0  Khoái löôïng rieâng d4 c : 1 g / ml  Nhieät ñoä noùng chaûy : 0 0C  Nhieät ñoä soâi : 1000 C Nöôùc laø hôïp chaát chieám phaàn lôùn treân traùi ñaát (3/4 dieän tích traùi ñaát laø nöôùc bieån) vaø raát caàn thieát cho söï soáng. Nöôùc laø dung moâi phaân cöïc maïnh, coù khaû naêng hoaø tan nhieàu chaát vaø laø dung moâi raát quan troïng trong kyõ thuaät hoùa hoïc. 3 . Hoãn hôïp Acid acetic – Nöôùc: Ta coù baûng thaønh phaàn loûng (x) – hôi (y) vaø nhieät ñoä soâi cuûa hoãn hôïp Acid acetic Nöôùc ôû 760 mmHg: x(%phaâ n mol) y(%phaâ n mol) t(oC)

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 118. 4

9.2 115. 4

16.7 113. 8

30.3 110. 1

42.5 107. 5

53 105. 8

62.6 104. 4

71.6 103. 3

79.5 102. 1

86.4 101. 3

93 100. 6

100

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 10

100

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Chöông 2

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 11

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

3 9

QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ t° =40°C

T

Nöôù c laø mlaïnh t° =25°C

14

P 10

Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình: Hôi ñoá t P =2,5at

4

8

Nöôù c

7

1. Boàn chöùa nguyeân lieäu. 2. Bôm. 3. Boàn cao vò. 4. Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu. 5. Baåy hôi. 6. Löu löôïng keá. 7. Nhieät keá. 8. Thaùp chöng caát. 9. Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh. 10. AÙp keá. 11. Thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp. 12. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy. 13. Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy. 14. Boä phaän chia doøng. 15. Boàn chöùa saûn phaåm ñænh. 5

T

Nöôù c ngöng

6

T

1

2

11

x =92 % t° =25°C

Hôi ñoá t P =2,5at

12

Nöôù c laø mlaïnh t° =25°C

t° =35°C

13

Nöôù c ngöng

x =72% t° =40°C

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 12

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Hoãn hôïp Nöôùc – Axit axetic coù noàng ñoä nöôùc 96% (theo phaàn mol), nhieät ñoä khoaûng 280C taïi bình chöùa nguyeân lieäu (1) ñöôïc bôm (2) bôm leân boàn cao vò (3). Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc gia nhieät ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu (4), roài ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát (8) ôû ñóa nhaäp lieäu. Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn caát cuûa thaùp chaûy xuoáng. Trong thaùp, hôi ñi töø döôùi leân gaëp chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ ñaây, coù söï tieáp xuùc vaø trao ñoåi giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng trong phaàn chöng caøng xuoáng döôùi caøng giaûm noàng ñoä caùc caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò pha hôi taïo neân töø noài ñun (11) loâi cuoán caáu töû deã bay hôi. Nhieät ñoä caøng leân treân caøng thaáp, neân khi hôi ñi qua caùc ñóa töø döôùi leân thì caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao laø axit axetic seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû nöôùc chieám nhieàu nhaát (coù noàng ñoä 99.72% phaàn mol). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï (9) vaø ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn. Moät phaàn cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöôïc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng. Moät phaàn caáu töû coù nhieät ñoä soâi thaáp ñöôïc boác hôi, coøn laïi caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao trong chaát loûng ngaøy caøng taêng. Cuoái cuøng, ôû ñaùy thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp loûng haàu heát laø caùc caáu töû khoù bay hôi (axit axetic). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä nöôùc laø 0.04% phaàn mol, coøn laïi laø axit axetic. Dung dòch loûng ôû ñaùy ñi ra khoûi thaùp vaøo noài ñun (11). Trong noài ñun dung dòch loûng moät phaàn seõ boác hôi cung caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi ra khoûi noài ñun ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy (12), ñöôïc laøm nguoäi ñeán 350C, roài ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñaùy (13). Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø nöôùc ñöôïc thaûi boû, saûn phaåm ñaùy laø axit axetic ñöôïc giöõ laïi.

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 13

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

GVHD: Vuõ Baù Minh

Trang 14

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Chöông 3 CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT VAØ NAÊNG LÖÔÏNG II.

CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU : Choïn loaïi thaùp laø thaùp maâm choùp troøn

Khi chöng caát dung dòch axit axetic thì caáu töû deã bay hôi laø nöôùc. Axit axetic: CH 3COOH ⇒ M A = 60(g/ mol) : H 2O ⇒ M N = 18(g/ mol) Nöôùc

Hoãn hôïp:     





III.

Naêng suaát nhaäp lieäu: QF = 500 (l/h)=0.5 (m3/h) Noàng ñoä nhaäp lieäu:  xF = 20% (mol acetic/ mol hoãn hôïp ) Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy:  xw = 96% (mol acetic/ mol hoãn hôïp) Hieäu suaát thu hoài Choïn:  Nhieät ñoä nhaäp lieäu: tFV = 28oC  Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi laøm nguoäi: tWR = 35oC  Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi vaøo: tV = 28oC  Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi ra: tR = 45oC  Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi. Caùc kyù hieäu:  GF, F: suaát löôïng nhaäp lieäu tính theo kg/h, kmol/h.  GD, D: suaát löôïng saûn phaåm ñænh tính theo kg/h, kmol/h.  GW, W: suaát löôïng saûn phaåm ñaùy tính theo kg/h, kmol/h.  xi, xi : noàng ñoä phaàn mol, phaàn khoái löôïng cuûa caáu töû i. XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH vaø SAÛN PHAÅM ÑAÙY THU ÑÖÔÏC : • Naêng suaát nhaäp lieäu: ( x =x1*M1/(x1*M1+(1-x1)*M2)=0.8*18/ (0.8*18+0.2*60)=0.545 1/ ρ tb

= x /ρ n + (1 − x) / ρ a =0.545/995.6 +(1-0.545)/1039.6

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 15

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

ρtb =1015.129 (kg/m3) => GF=QF* ρtb =0.5*1015.129

=507.565 (kg/h). • Caân baèng vaät chaát cho toaøn thaùp : F=D+W (II.1) • Caân baèng caáu töû : F.xF = D.xD + W.xW (II.2) Vôùi : Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng nhaäp lieäu : MF = 18 .x F + (1 − x F ). 60 = 26.4 (Kg/Kmol). Suaát löôïng nhaäp lieäu F=

GF 507.565 = MF 26.4

=19.226(Kmol/h)

Ta coù coâng thöùc : ⇒

3.965

Maø ta coù : (II.1) ⇒ Maø theo F=D + W D= F – W = 19.226 – 3.965= 15.261 (Kmol/h)( II.2) Töø (II.1) vaø ( II.2) =0.997 (mol nöôùc / mol hoãn ⇒ hôïp ) (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) 276.305

(kg/h) (kg/h)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 16

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

Vaäy cuoái cuøng :

GVHD: Vuõ Baù Minh

vaø

III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP: 1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu: Tæ soá hoaøn löu toái thieåu laø cheá ñoä laøm vieäc maø taïi ñoù öùng vôùi soá maâm lyù thuyeát laø voâ cöïc .Do ñoù ,chi phí coá ñònh laø voâ cöïc nhöng chi phí ñieàu haønh (nhieân lieäu ,nöôùc vaø bôm…) laø toái thieåu . Döïa vaøo ñoà thò caân baèng heä Nöôùc – Acid acetic vôùi xF=80% ( mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) ⇒ y*F = 0.87

Rmin=

x − y* y* − x D

F

=

0.997 − 0.87 =1.833 0.87 − 0.8

F

F

Tæ soá hoaøn löu thích hôïp:RX=1.3Rmin+0.3=2.683 IV.XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG MOL CUÛA CAÙC DOØNG PHA : Coi löu löôïng mol cuûa caùc doøng pha ñi trong moãi ñoaïn thaùp (chöng vaø caát) laø khoâng ñoåi. 1. Taïi ñænh thaùp: nHD

nHD

L

L

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 17

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Vì taïi ñænh thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau. ⇒ Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñænh thaùp laø baèng nhau: MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 0.997* 18 + (1 – 0.997). 60 = 18.106 (kg/mol) Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp: GHD = (R +1)GD = (2.683+ 1)* 276.305= 1017.564 (kg/h) Suaát löôïng mol cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp: nHD =

G HD 1017.564 = = 56.201 (kmol/h) M HD 18.106

Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hoaøn löu: GL = RGD = 2.683* 276.305= 741.258 (kg/h) Suaát löôïng mol cuûa doøng hoaøn löu: L=

GL 741.258 = = 40.94 (kmol/h) M LD 18.106

2. Taïi maâm nhaäp lieäu: nHF

nLF

F

nHF

n’LF

Khoái löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu: MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0.8*18 + (1 – 0,8)*60 = 26.4 (kg/kmol) Suaát löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu: F=

GF 507.575 = = 19.226 (kmol/h) MF 26.4

Vaø: nLF = L = 40.94 (kmol/h) n’LF = L + F = 40.94 + 19.226 = 60.166 (kmol/h) nHF = nHD = 55.201 (kmol/h) 3. Taïi ñaùy thaùp: nHW

nLW

W

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 18

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Vì taïi ñaùy thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau. ⇒ Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñaùy thaùp laø baèng nhau: MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 0,04. 18 + (1 – 04). 60 = 58.32 (kg/mol) Suaát löôïng mol cuûa doøng saûn phaåm ñaùy: W=

GW 231.2591 = = 3.965 (kmol/h) M LW 58.32

Vaø: nLW = n’LF = 60.166 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 56.201 (kmol/h) V . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄC SOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT: 1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn caát : y=

x R. .x + D = R +1 R +1

=0.728 *x + 0.271

2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn chöng : y= 0.003

R+f f −1 .x + .xW = R +1 R +1

Vôùi : f =

F 19.227 = D 15.261

= 1.071x +

= 1.26 : chæ soá nhaäp lieäu .

3 . Soá maâm lyù thuyeát : Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 19

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

soá maâm lyù thuyeát laø Nlt = 43maâm .32 maâm caát,11 maâm chöng,1 maâm nhaäp lieäu

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 20

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

VI . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ: Soá maâm thöïc teá tính theo hieäu suaát trung bình : N tt =

N lt η tb

(st2/170)

trong ñoù: η tb : hieäu suaát trung bình cuûa ñóa, laø moät haøm soá cuûa ñoä bay hôi töông ñoái vaø ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng : η = f(α ,µ ). Ntt : soá maâm thöïc teá. Nlt : soá maâm lyù thuyeát. + Ñoä bay töông ñoái cuûa caáu töû deã bay hôi : α=

y* 1− x 1− y* x

Vôùi : x :phaân mol cuûa nöôùc trong pha loûng . y* : phaân mol cuûa nöôùc trong pha hôi caân baèng vôùi pha loûng. Lgµ

hh

=x1lgµ

1

+ x2lgµ

2

, taøi lieäu [5 – trang 84]

* Taïi vò trí nhaäp lieäu : xF = 0.8 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*F = 0.87; tF = 101.3 oC y*F 1− xF 0.87 1− 0.8 = . + αF = = 1.669. * 1 − y F xF 1 −0.87 0.8

( Tra baûng I.102 vaø I.101 –tài liệu [5]) µ

acetic

=0.454 × 10-3 N.s/m2 ; µ

lg µ hh = xF* lg µ 0.412*10-3 Ns/m2 Suy ra : α F . µ

F

acetic

=0.2799

nöôùc

+ ( 1 – xF ) * lg µ

nöôùc

⇒µ

hh

=µ

F

=

= 1.669*0.412=0.689

Tra taøi lieäu tham khaûo [5]– trang 171], Hình IX.11, η 0.54

F

=

* Taïi vò trí maâm ñaùy :

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 21

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

xW = 0.04 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*W = 0.0736; tW = 116 oC + αW =

y*W 1− xW 0.0736 1− 0.04 = . = 1.0907 * 1 − y W xW 1 − 0.0736 0.04

( Tra baûng I.102 vaø I.101 –tài liệu [5]) +µ lg µ µ

acetic W

= 0.46.10-3 Ns/m2 ; µ

= xW* lg µ

acetic

Suy ra : α

W

. µ

W

=0.284.10-3 Ns/m2

+ ( 1 – xW) * lg µ

= 0.285*10-3 (N.s/m2)

hh

nöôùc

nöôùc

=0.285 (cP)

= 1.0907*0.286 = 0.544

Tra taøi lieäu tham khaûo [6]– trang 171] : η

W

= 0.575

*Taïi vò trí maâm ñænh : xD = 0.997 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*D = 0.998; tD = 100.594 oC y*D 1− xD 0.998 1− 0.997 = . + αD = = 1.43 * 1 − y D xD 1 −0.998 0.997

( Tra baûng I.102 vaø I.101 –tài liệu [5]) +µ lg µ µ

acetic D

D

= 0.457×10-3 Ns/m2 ; µ

= xD* lg µ

acetic

+ ( 1 – xD) * lg µ

=0.456×10-3 (N.s/m2)

Suy ra : α D . µ

D

nöôùc

=0.282×10-3 Ns/m2 nöôùc

=0.456 (cP)

= 1.43*0.471 =0.653

Tra taøi lieäu tham khaûo [6] – trang 171] : η

D

= 0.55

Suy ra: hieäu suaát trung bình cuûa thaùp : η

tb

=

ηF +ηW +η D 0.54 + 0.575 + 0.55 = = 0.555 3 3

• Soá maâm thöïc teá cuûa thaùp Ntt : N 43 N tt = lt ≈ 77.477 maâm N tt = η tb 0.555

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 22

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Vaäy choïn Ntt = 78 maâm 57 maâm caát,20 maâm chöng ,1 maâm nhaäp lieäu. VII. CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG 1. Caân baèng nhieät löôïng cuûa thieát bò ñun noùng hoãn hôïp ñaàu QD1 +Q f =QF+ Qng+1 Qxq1

,(J/h) (taøi lieäu [5] trang

196) (1) - Nhieät löôïng hôi ñoát mang vaøo QD1: QD1 =D1.λ 1= D1(r1+θ 1C1) ,(J/h) - Trong ñoù : r1 laø aån nhieät hoaù hôi(hôi nöôùc) =2171 (kJ/kg) ôû 3 atm (baûng I.251 taøi lieäu [5] trang 314) D1 laø löôïng hôi ñoát (kg/h) λ

1

: Haøm nhieät ( nhieät löôïng rieâng cuûa hôi ñoát , J/kg.

r1 : Aån nhieät hoùa hôi, J/kg θ 1: nhieät ñoä nöôùc ngöng , 0C. C1: nhieät dung rieâng caûu nöôùc ngöng , J/kg . ñoä - Nhieät löôïng do hoãn hôïp ñaàu mang vaøo(Qf): Qf =GF.Cf.tf (kJ/h)

,

- Trong ñoù: GF laølöôïng hoãn hôïp ñaàu =507.565(kg/h) tf laø nhieät ñoä ñaàu cuûa hoãn hôïp =280C Cf laø nhieät dung rieâng hoãn hôïp ñaàu , J/kg.ñoä tF = 28 oC → CN = 4178 (J/Kg.ñoä ); CA = 2036.4 (J/Kg.ñoä) C N , C A : nhieät dung rieâng cuûa nöôùc vaø acid acetic ôû 101.3 0 C ( tra baûng I.154 trang 172 taøi lieäu [5] vaø baûng I.153, trang 172, [5]) __

__

=> C f = C N x F + C A (1− x F ) =4178*0.545+2036.4*(1-0.545)= 3.205kJ /Kg.ñoä => Qf =GF.Cf.tf

= 507.565*3.205*28 = 45542.389 (KJ/h)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 23

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

* Nhieät löôïng ñöôïc hoãn hôïp mang ra sau khi ñöôïc ñun noùng ( QF ) : QF =GF.CF.tF

-

,(kJ/h)

t F : laø nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp sau khi ra khoûi thieát

bò = 101.044 0 C - CF laø nhieät dung rieâng hoãn hôïp ñaàu tF = 101.3 oC → CN = 4.233 (kJ/Kg.ñoä ); CA = 2.437 (kJ/Kg.ñoä) C F = C N x F + C A (1 − x F ) = 4233.349*0.545+2437.481*(1-

0.545)=3.417(kJ /Kg.ñoä) => QF =GF.CF.tF = 507.565*3415.591*101.044 = 175664.591(KJ/h)  Nhieät löôïng do nöôùc ngöng mang ra : Qng 1 : ta xem

nhieät löôïng do nöôùc ngöng mang ra laø khoâng ñaùng keå vaø noù ñöôïc tính vaøo toån thaát nhieät  Toån thaát nhieät ra moâi tröôøng xung quanh laáy baèng 5% nhieät tieâu toán : Qxq1 =0.05QD1

- Töø pt (1) ta coù : QD1 =

Q D 1 = Q F + Q ng 1 +Qxq 1 −Qf =QF −Qf 0.05 + QD 1

Q F −Q f 175664.6 −45542.389 = = 0.95 0.95

D1 =

136970.74 (KJ/h)

Q D 1 136453.503 = =63.091(kg/h) r1 2171

Caân nhieät löôïng cuûa toaøn thaùp chöng luyeän + Phöông trình caân baèng nhieät löôïng : QF +QR +QD2 = Qy +QW +Qxq2 +Qng2 (kJ/h)(3.2b) +Nhieät löôïng do hôi ñoát mang vaøo thaùp(ôû noài ñun): QD2 = D2 .λ2 = D2 .(r2+c2 .θ2) (J/h) Trong ñoù:D2 laø löôïng hôi ñoát caàn thieát ñeå ñun soâi dung dòch ñaùy thaùp (kg/h) ngöng

C2,θ2 laø nhieät dung rieâng,nhieät ñoä cuûa nöôùc

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 24

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

+ nhieät löôïng do löôïng loûng hoài löu mang vaøo:QR : Q R = G RC R t R ( kj / h )

CR: nhieät dung rieâng cuûa chaát loûng hoài löu CR=CD vôùi tD=100.594 0C Tra baûng I.153 vaø I.154 trang 172 , taøi lieäu [5] CN=4.231 (kj/kg); CA= 2.433 (kj/kg) C D = x D .C N + (1 − x D ).C A = 0.992*4.231 +(1-0.992)* 2.433

=4.216(kj/kgñoä) Vôùi : G R = G D. R =276.6232 x2.683 741.258 = (kg/h) => Q R = G R C R t R (kj / h) = 741.258*4.21*97.624= 304395.3 (Kj/h) + Nhieät löôïng do saûn phaåm ñaùy mang ra: QW = GW .CW .tW (kj / h)

;

Tra baûng I.153 vaø I.154 trang 172 , taøi lieäu [5] Vôùi .tW =1160C => CN=4.262 (kj/kg), CA=2.514(kj/kg) C w = x w .C N + (1 − x w ).C A =

0.012*4.262+(1-0.012)*2.504=2.536

(kj/kg)

=> QW = 2.536 *231.259*116= 68020.949 (Kj/h) +Nhieät löôïng do nöôùc ngöng mang ra (Qng2): Xem nhieâït do nöôùc ngöng mang ra khoâng ñaùng keå vaø noù ñöôïc tính vaøo toån thaát nhieät +Toån thaát nhieät ra moâi tröôøng xung quanh laáy baèng 5% nhieät tieâu toán: Qxq2 =0.05QD2 +Nhieät löôïng ôû ñænh thaùp do thaønh phaàn hôi mang ra: Qy =GD .(R+1).λd

(J/h)

+ Trong ñoù λd : laø nhieät löôïng hôi ôû ñænh thaùp

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 25

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic _

GVHD: Vuõ Baù Minh _

λd = λ1a1 + λ2 a2 = y D λ1 + (1 − y D )λ2

Vôùi : λ1 =r1 +tD.C1; λ2 =r2 + tD.C2 - Taïi tD=100.594 0C (tra baûng I.213 trang 256vaø baûng I.250 trang 312 taøi lieäu [5]) r1 =rN = 2254.0361 (kJ/kg), r2 =rA = 389.937(kJ/kg) a1, a2 laø phaàn khoái löôïng cuûa caáu töû 1 vaø 2 trong hôi ôû ñænh thaùp 0.998*18 − − = 0.994 Ta coù : a 1 = y D maø y D = 0.998*18+ 60.(1 − 0.998)

λ1 =2254.036+100.594 *4.21 =2679.634 (kj/kg) λ2 =389.937+100.594 *2.430 =634.694 (kj/kg) => λd =2679.634 *0.994 + ( 1 – 0.994 )* 634.694 = 2667.71 Kj/Kg Ta ñöôïc : Qy =GD .(R+1).λd =276.623*(2.683+1)*2666.93 = 2713770.8 Kj/h +Theo coâng thöùc (3.2b)ta coù: QD 2 Q =y ++ QW Q + ng −− 2 Qxq 2 QF QR

+Löôïng hôi ñoát caàn thieát ñeå ñun soâi dung dòch ôû ñaùy thaùp laø: Q D 2 = QY + QW + Qng 2 + 0.05QD 2 − QF − QR D2 = =

QY + QW + Q ng 2 − QF − QR 0.95xr2

2713770.8 + 68020.949 + 0-175173.2-304395.3 = 1111.546(kg / h ) 0.95x 2171

r2 = 2171 tra ôû aùp suaát 3at cuûa hôi nöôùc VII.3.Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò ngöng tuï - Xem quaù trình ngöng tuï laø quaù trình ngöng tuï hoaøn toaøn , theo [IX.165,tr198 taøi lieäu [5] ta coù:

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 26

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic QD = GD.( R +1). rD =G N. C N.(2t

GVHD: Vuõ Baù Minh −t )

1

Trong ñoù :QD laø nhieät löôïng ngöng tuï (kJ/h) GD laø löu löôïng saûn phaåm ñænh=276.305 (kg/h) rD laø aån nhieät ngöng tuï saûn phaåm ñænh Vôùi tDH=100.5960C ta coù rD =2258.5697(kJ/kg) GN laø löôïng nöôùc laïnh tieâu toán (kg/h) CN laø nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình (t1+t2)/2=36.50C) laø 4.176 (kJ/kg.ñoä)(tra baûng I.154,tr172 taøi lieäu [5]) t1 laø nhieät ñoä ñaàu vaøo cuûa nöôùc laøm laïnh =28 C 0

t2 laø nhieät ñoä ñaàu ra cuûa nöôùc laøm laïnh =450C => QD = 276.305*(2.683+1)*2258.5697 = 2298238.471(kj/h) => G N =

QD 2298238.471 = =32374.173 kg / h =8.993 kg / s C N (t 2 − t1 ) 4.176* (45 − 28)

VII.4 Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh Quaù trình ngöng tuï hoaøn toaøn neân theo coâng thöùc [IX167,198 taøi lieäu [5] ta coù: ' ' Q1 = G CD Dt− G ) C −. Nt 2.( t 1 1.(t= 2 N

)

Trong ñoù:t’1 laø nhieät ñoä ñaàu vaøo cuûa hoãn hôïp saûn phaåm ñænh=100.596 0 c t’2 laø nhieät ñoä ñaàu ra cuûa hoãn hôïp saûn phaåm ñænh=400C t1 laø nhieät ñoä vaøo cuûa nöôùc laïnh =280C t2 laø nhieät ñoä vaøo cuûa nöôùc laïnh =450C GN2 laø löôïng nöôùc caàn laøm laïnh saûn phaåm ñænh

t tbD = (100.596 + 40)=/ 2 70.298C Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

0

Trang 27

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

(Tra baûng I.249 tr310 taøi lieäu [5] ) ta coù CD=2.263 (kj/kg)

t tbN = (45 + 28) = / 2 36.5C

0

==> CN= 4.190 (kJ/kg.ñoä)

+Nhieät löôïng cuûa thieát bò laøm laïnh saûn phaåm ñænh Q1 =276305.*2.263 *(100.596– 40 ) = 37891.04748(kj/h) Löôïng nöôùc caàn tieâu toán: GN =

Q1 37891.04748 = =531.939 kg/ h C N (t 2 − t1 ) 4.190 * (45 − 28)

V.5.Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy : GW CW (t1 − t 2 ) = GN 3C N 3 (t 2' − t1' )

Saûn phaåm ñaùy coù nhieät ñoä ñaàu vaøo t1=114.2070C vaø ra t2=350C CN laø nhieät dung rieâng nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình (t1+t2)/2=36.50C) laø 4.176 Nöôùc laïnh coù nhieät ñoä ñaàu vaøo t’1=28 vaø ra t’2=45 0

ttbW =(114.207+35)/2=74.604 C Tra baûng I.153 vaø I.154 trang 172 , taøi lieäu [5] => CN=4.19 (kj/kg), CA=2.287(kj/kg) C w = x w .C N + (1 − x w ).C A =

0.012*4.19+(1-0.012)*2.287=2.31

(kj/kg)

Löôïng nöôùc caàn söû duïng laøm maùt saûn phaåm ñaùy: GN 3 =

GW CW (t1 − t 2 ) 231.259* 2.31*(114.207 − 35) = =596.068( kg / h) C N 3 (t 2' − t 1' ) 4.176* (45 −28)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 28

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Chöông 4

TÍNH THIEÁT BÒ CHÍNH (Thaùp maâm choùp troøn) I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP :(Dt) Dt =

4V tb = 0,0188 π.3600. ω tb

g tb ( ρ y .ω y ) tb

(m)(taøi lieäu [5] tr181)

Vtb :löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (m3/h). ω

tb

:toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp (m/s).

gtb : löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (Kg/h). Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát khaùc nhau.Do ñoù, ñöôøng kính ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát cuõng khaùc nhau . 1. Ñöôøng kính ñoaïn caát : a . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp : g tb =

g d + g1 2

(Kg/h)

gd : löôïng hôi ra khoûi ñóa treân cuøng cuûa thaùp (Kg/h). g1 : löôïng hôi ñi vaøo ñóa döôùi cuøng cuûa ñoaïn caát (Kg/h). • Xaùc ñònh gd : gd = D×(R+1) =15.261×(2.68+1) = 56.2 (Kmol/h) gñ =GD ( Rx + 1) =1017.564 (kg/h)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 29

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

• Xaùc ñònh g1 : Töø heä phöông trình :

 g1 = G1 + G D   g1 * y1 = G1 * x1 + G D * xD  g *r = g *r  1 1 d d

(III.1)

Vôùi : G1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát . r1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát rd : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi ra ôû ñænh thaùp . * Tính r1 : t1 = tF = 101.044oC , tra taøi lieäu tham khaûo [5], ( Baûng I.212.Trang 254) ta coù : Aån nhieät hoaù hôi cuûa acid : ra1 = 98.17(Kcal/kg)=411.018 (kJ/kg) Chuyển đổi đơn vị: 1kcal/kg = 4.1868 ×103 J/kg. Tra (Baûng I.212-taøi liệu [5], Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rN1 = 2253.147 (KJ/kg) Suy ra : r1 = rN1.y1 + (1-y1).ra1 = 411.018 + 1842.129 y1 (KJ/kmol) * Tính rd : tD = 100.594oC , tra taøi lieäu tham khaûo [5], ( Baûng I.213.Trang 254) ta coù : Aån nhieät hoaù hôi cuûa acid : rad = 410.856(KJ/kg) . Tra ( Baûng I.212-taøi liệu [5] Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rNd = 2254.197 (KJ/kg) . yD = 0.998 ( phaàn mol ) → Suy ra : rd = rNd× 0.994)× 410.856

yD

yD

= 0.994 ( phaàn khoái löôïng )

+ (1- y D )×rad =2254.197 ×0.994 + (1-

= 2250.946(KJ/kg) ⇒ g1 * r1 = gñ * rñ =2290418.221

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 30

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic  g 1 = G 1 + 276.305  g * y = G *0.545 + 276.305 *0.992  1 1 1   g 1 * r1 = 2290418.221  r1 = 411.018 + 1842.129 y 1

⇒ gtb = ( g1 + gñ ) /2 ⇒ gtb = ( g1 + gñ ) /2 =(

GVHD: Vuõ Baù Minh

Vaäy :

+1017.564)/2=1242.028 (kg/h)

b. Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp :  Phaàn caát:  Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng trong

phaàn caát: Noàng ñoä phaàn mol trung bình cuûa pha loûng trong phaàn caát: xL =

x D + x F 0.997 +0.8 = = 0.8987 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) 2 2

Döïa vaøo hình 2 ⇒ Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn caát: TLL = 100.6088 (oC) Noàng ñoä phaàn khoái löôïng trung bình cuûa pha loûng trong caát: 0,769 (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Tra baûng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 100.6088 oC: ρ 957.949 (kg/m3)

NL

Tra baûng 1.2, trang 9, [5] ⇒ Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic ôû 100.6088 oC: ρ = 956.9 (kg/m3) AÙp duïng trong coâng thöùc (1.2), trang 5, [5]: ⇒ρ

LL

=

AL

=957.707 (kg/m3)

 Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn

caát: Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 31

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn caát: yL = 0.728 *x + 0.271= 0.728 * 0.8987 + 0.271= 0.926 Döïa vaøo hình 2 ⇒ Nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn caát: THL = 100.6 (oC) Khoái löôïng mol trung bình cuûa pha hôi trong phaàn caát : MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0.926*18 + (1 – 0.926)* 60 = 21.127 (kg/kmol) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn caát: 0.689(kg/m3)  Vaän toác hôi ñi trong thaùp : Ñoái vôùi Ñoaïn caát ( ρ y * ω y )tb = 0.065 * ϕ [δ ] * h * ρ x * ρ y tb

tb

(Kg/m2*s )

ρ x tb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng: ρ x tb = ρ LL =957.707 (kg/m3) ρ y tb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi: ρ y tb = 0.689( Kg/ m3) h : khoaûng caùch maâm ( m ), choïn h = 0.3 ϕ [δ ] : heä soá tính ñeán söùc caêng beà maët 1

ttb (δ

1

1

= δ + δ acetic nuoc

δhh t +t = F D =(101.3+100.594)/2=100.947 (0C) 2

δ

=19.715 ñyn/cm; vaø δ nuoc =58.711 , δ nuoc tra ôû baûng I.242- taøi lieäu [5] )

acetic

acetic

1

δhh

=(

1 1 + 19.715 58.711

)⇒ δ

hh

= 14.758 < 20 dyn/cm

Neân theo soå tay taäp hai : ϕ [δ ] = 0.8 ⇒ ( ρ y * ω y )tb = 0.065 * 0.8 * 0.3*957.707*0.689 = 0.731 (Kg/m2*s ) ⇒ Ñöôøng kính ñoaïn caát : Dcaát = 0.0188 *

1242.028 = 0.775 ( m ) , 0.731

choïn ñöôøng kính ñoaïn caát laø 0.8 (m) theo tieâu chuaån 2. Ñöôøng kính ñoaïn chöng : a . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp : Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 32

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic g ,tb =

GVHD: Vuõ Baù Minh

g , n + g 1, g + g 1, (Kg/h) = 1 2 2

g’n : löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng (Kg/h). g’1 : löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng (Kg/h). • Xaùc ñònh g’n : g’n = g1 = 1466.492(Kg/h) • Xaùc ñònh g’1 : Töø heä phöông trình : G '1 = g '1 + G w   ' ' (III.2) G 1.x '1 = g 1.y W + G w .x W  g ' .r ' = g ' .r ' = g .r n n 1 1   1 1

Vôùi : G’1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng . y'1=yw r’1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng. * Tính r’1 : xW =0.04 baèng cuûa heä ta coù : y*W =0.0736 = 114.207 oC

tra ñoà thò caân , tW

Suy ra :Mtbg’ =18. y*W +(1- y*W).60=54.909 (Kg/kmol) t’1 = tW = 116 oC , tra taøi lieäu tham khaûo [5]baûng I.212trang 254, ta coù: Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : r’N1 = 2213.14 (KJ/kg) . Aån nhieät hoaù hôi cuûa acetic : r’A1 =406.663 (KJ/kg) . Suy ra : r’1 = r’N1.yW + (1-yW).r’A1 = 2213.14 * )* 406.663 =448.7175 (KJ/kg)

+(1-

* Tính r1: r'n = r’N1.y’n + (1-y’n).ra1 = 407.152 + 1810.87y’n =39517.579(KJ/kmol)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 33

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

Giaûi heä (III.2) , ta ñöôïc :

GVHD: Vuõ Baù Minh

x’1 =0.0254 G’1 =5335.765 (Kg/h) g’1 = 5104.505 (Kg/h)

Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng Vaäy : g’tb =

1466.492 +4807.767 =3285.499 (Kg/h) 2

b . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp : Tính toaùn töông töï nhö phaàn caát ⇒ ta coù baûng keát quaû sau: 1. Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng

trong phaàn chöng: Noàng ñoä phaàn mol trung bình cuûa pha loûng trong phaàn chöng: xC =

x W + x F 0.04 + 0.8 = = 0.42 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) 2 2

Döïa vaøo hình 2 ⇒ Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn chöng: TLC = 105.52 (oC) Noàng ñoä phaàn khoái löôïng trung bình cuûa pha loûng trong chöng: xC =

x w + x F 0.012 + 0.545 = = 0.2789 (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) 2 2

Tra baûng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 105.52 954.351 (kg/m3)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

o

C: ρ

NC

=

Trang 34

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Tra baûng 1.2, trang 9, [5] ⇒ Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic ôû 105.52 oC: ρ 948.064 (kg/m3) AÙp duïng trong coâng thöùc (1.2), trang 5, [5]: x 1− xC 1 0.2789 1− 0.2789 = C + = + ⇒ρ ρ LC ρNC ρAC 954.351 948.064

LC

AC

=

= 949.799 (kg/m3)

b) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn

chöng: Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn chöng: YC = 1.071 *x + 0.003= 1.071 * 0.42 + 0.003= 0.452 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) Döïa vaøo hình 2 ⇒ Nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn chöng: THC = 107.055 (oC) Khoái löôïng mol trung bình cuûa pha hôi trong phaàn chöng : MHC = yC. MN + (1 – yC). MA = 0.452*18 + (1 –0. 452)* 60 = 40.997 (kg/kmol) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn chöng: ρHC =

PM HC 1× 40.997 = 22.4 = 1.31(kg/m3) RT HC × (107.055 + 273) 273

 Vaän toác hôi ñi trong thaùp : ( ρ y * ω y )tb = 0.065 * ϕ [δ ] * h * ρ x * ρ y tb

tb

(Kg/m2*s )

ρ x tb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng = ρ LC = 946.625 (Kg/m3) ρ y tb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi = ρ HC = 1.31 ( Kg/ m3 ) h : khoaûng caùch maâm ( m ), choïn h = 0.3 ϕ [δ ] : heä soá tính ñeán söùc caêng beà maët 1

δhh

ttb = (δ

=

1

δ acetic

1

+ δ nuoc

t F +t w =108.65 (0C) 2

acetic

,δ

nuoc

tra ôû baûng I.242 Taøi lieäu [5] )

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 35

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic =(

1 1 + ) 19.022 57.17

GVHD: Vuõ Baù Minh ⇒

δ

hh

=

14.272<

20

dyn/cm Neân theo soå tay taäp hai : ϕ [δ ] = 0.8 ⇒ ( ρ y * ω y )tb =0.065 * 0.8 * 0.3*946.625*1.31 =1.006 (Kg/m2*s) ⇒ Ñöôøng kính ñoaïn chöng : Dchöng = 0.0188 *

3285.499 = 1.074( m ) 1.006

⇒ Choïn Ñöôøng kính chöng laø 1 (m ) II) CHIEÀU CAO THAÙP :  Chieàu cao thaùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : H = Ntt * ( Hñ + δ ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) ( m ) (trang 169 taøi lieäu [5] ) Vôùi Ntt : soá ñóa thöïc teá = 84 δ : chieàu daøy cuûa maâm, choïn δ = 4 ( mm ) = 0.004 ( m ) Hñ : khoaûng caùch giöõa caùc maâm ( m ) , choïn theo baûng IX.4a- Soå tay taäp hai, Hñ = 0.3 ( m ) ( 0.8 ÷ 1.0 ) : khoaûng caùch cho pheùp ôû ñænh vaø ñaùy thaùp ⇒ H = 84 * ( 0.3 + 0.004 ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) = 24.512( m ) Choïn chieàu cao thaùp laø 25 (m) theo tieâu chuaån. Phaàn chöng coù 21 ñóa neân chieàu cao cuûa noù laø Hchöng= 6.08 (m) Phaàn caát coù 61 ñóa neân chieàu cao cuûa noù laø H caát =17.328 (m) Tính toaùn choùp vaø oáng chaûy chuyeàn



Choïn ñöôøng kính oáng hôi dh = 50 ( mm ) = 0.050

(m)  Soá choùp phaân boá treân ñóa :  Ñoái vôùi phaàn caát D2 0.82 N1 = 0.1 * 2 = 0.1 * = 25.6≈ 26 ( choùp ) dh 0.0502 ( D : ñöôøng kính trong cuûa thaùp )  Ñoái vôùi phaàn chöng Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 36

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

D2 12 N2 = 0.1 * 2 = 0.1 * = 40 (choùp) dh 0.0502

 Chieàu cao choùp phía treân oáng daãn hôi : h2 = 0.25 * dh = 0.0125 ( m )  Ñöôøng kính choùp: dch = d h2 + (d h + 2 * δ ch ) 2 δ ch : chieàu daøy choùp, choïn baèng 2 ( mm ) ⇒ dch = 0.052 + (0.05 + 2* 2)2 = 0.073 (m )≈ 0.07 (m) Choïn dch = 70 (mm):  Khoaûng caùch töø maët ñóa ñeán chaân thaùp : S = 0 ÷ 25 ( mm ), choïn S = 12.5 ( mm )  Chieàu cao möïc chaát loûng treân khe choùp : h1 = 15 ÷ 40 ( mm ), choïn h1 = 30 ( mm )  Tieát dieän thaùp :  Ñoái vôùi phaàn caát F = π * D2/4 = 3.1416 * 0.82/4 =0.503 ( m2 )  Ñoái vôùi phaàn chöng F = π * D2/4 = 3.1416 * 12/4 =0.7854  Böôùc toái thieåu cuûa choùp treân maâm : tmin = dch + 2*δ ch + l2 l2 : khoûang caùch nhoû nhaát giöõa caùc choùp l2 = 12.5 + 0.25*dch = 12.5 + 0.25*70 = 30 (mm)=0.03 (m) ⇒ tmin =70 + 2*2 + 30 = 104 (mm)=0.104 (m) A. Tính cho phaàn caát :  Chieàu cao khe choùp : b = (ξ * ω 2y * ρ y)/ (g * ρ x ) ρ y, ρ x Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi vaø pha loûng (kg/m3) ξ : heä soá trôû löïc cuûa ñóa choùp ξ = 1.5 ÷ 2 , choïn ξ =2 ω y = ( 4* Vy )/ ( 3600 * π * d2h * n ) Vy : löu löôïng hôi ñi trong thaùp Vy = gtb / ρ y = 1242.028 /0.691 =1802.143 (m3/h) ⇒ ω y = ( 4* 1802.143) / ( 3600 * π * 0.052 * 26 ) = 9.806 ( m/s) ⇒ b = ( 2 * 9.806 2 * 0.691 ) / ( 9.81 * 958.8296) = 14 * 10-3 ( m ) Choïn b = 20 ( mm ) ( 10 ÷ 50 mm ) tb

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 37

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

 Chieàu roäng khe choùp : a = 2 : 7 mm ; choïn a = 2 ( mm )  Soá löôïng khe hôû cuûa moãi choùp : i = π /c * ( dch –

d h2 ) 4*b

c = 3 ÷ 4 mm ( khoaûng caùch giöõa caùc khe ) , choïn c = 3 ( mm ) 502 ⇒ i = 3.1416/3 * ( 70 ) = 73.3 ( khe ) 4 * 20 Choïn i = 73 ( khe )  Ñöôøng kính oáng chaûy chuyeàn: dc=

4G x 3600πρ x ωc

Gx : löu löôïng loûng trung bình ñi trong thaùp ( Kg/h ) Gx =

1 1 * ( G1 + GF ) = * (1190.187 + 507.565 ) 2 2

= 848.876 ( Kg/h) z : soá oáng chaûy chuyeàn , choïn z = 1 ω c : toác ñoä chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn , ω c = 0.1 ÷ 0.2 ( m/s ) Choïn ω c = 0.15 ( m/s ) ρ x : khoái löôïng rieâng cuûa loûng= ρ LL =958.8296 ( Kg/m3 ) ⇒dc=

=45.689 (mm) => choïn Ñöôøng kính oáng

chaûy chuyeàn: 0.05 (m)  Khoaûng caùch töø ñóa ñeán chaân oáng chaûy chuyeàn:S1=0.25 dc=0.0125 (m)  Chieàu cao oáng chaûy chuyeàn treân ñóa: hc = ( h1 + b+ S) -∆ h ∆ h: chieàu cao möùc chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn : =0.0119 (m)=11.2 (mm) V: theå tích chaát loûng chaûy qua: (m3/h)=G1/ρ LL =1190.187/958.8296=11.2(m3/h) ⇒hc = ( h1 + b+ S) -∆ h=(30+20+12.5)-11.2= 51.292 (mm ) Laáy troøn ⇒hc =51 (mm) B. Tính cho phaàn chöng :  Chieàu cao khe choùp : Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 38

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

=2

GVHD: Vuõ Baù Minh

b = (ξ * ω 2y * ρ y)/ (g * ρ x ) ξ : heä soá trôû löïc cuûa ñóa choùp ξ = 1.5 ÷ 2 , choïn ξ

ω y = ( 4* V’y )/ ( 3600 * π * d2h * n ) V’y : löu löôïng hôi ñi trong thaùp V’y = g’tb / ρ ’tb = 3137.129 / 1.31 = 2394.377 ( m3/h) ⇒ ω y = ( 4* 2394.377) / (3600 * 3.1416 * 0.05 2 * 40 ) = 8.468 ( m/s) ⇒ b = ( 2 * 8.4682 * 1.31 ) / ( 9.81 * 946.625 ) ≈ 20.236 mm =0.02 (m) Choïn b = 20 ( mm ) ( b= 10 ÷ 50 mm )  Chieàu roäng khe choùp : a = 2 ÷ 7 mm ; choïn a = 2 ( mm )  Soá löôïng khe hôû cuûa moãi choùp : i = π /c * ( dch

d h2 – ) 4*b

c = 3 : 4 mm ( khoaûng caùch giöõa caùc khe ) , choïn c = 3 ( mm ) 502 ⇒ i = 3.1416/3 * ( 70 ) = 40.579 ( khe ) 4 * 20 Choïn i= 41 ( khe ) G’x : löu löôïng loûng trung bình ñi trong thaùp ( Kg/h ) 1 * ( G ’1 + G F ) 2 1 = * ( 5039.026 + 507.565 ) 2

G ’x =

= 2773.295 ( Kg/h) z : soá oáng chaûy chuyeàn , choïn z = 1 ω c : toác ñoä chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn , ω c = 0.1 ÷ 0.2 ( m/s ) Choïn ω c = 0.15 ( m/s ) ρ x = 946.625 ( Kg/m3 ) l1 : khoaûng caùch nhoû nhaát giöõa choùp vaø oáng chaûy chuyeàn Choïn l1 = 75 ( mm ) δ c : beà daøy oáng chaûy chuyeàn, choïn δ c = 2 ( mm )  Chieàu cao lôùp chaát loûng treân maâm : hm = h1 + ( S + hsr + b ) = 30 + 12.5 + 5 + 20 = 67.5 (mm) hsr : khoaûng caùch töø meùp döôùi cuûa choùp ñeán meùp döôùi cuûa khe choùp choïn hsr = 5 mm Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 39

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

 Tieát dieän oáng hôi : 2 Srj = S1= π * d h ,t /4 = 3.1416*0.052 /4 = 0.001964 ( m2 )  Tieát dieän hình vaønh khaên : Saj = S2 = π *( d2ch,t - d2h,n )/4 = 3.1416*(0.072 - 0.0512) = 0.001885 (m2 )  Toång dieän tích caùc khe choùp : S3 = i.a.b = 41*0.002*0.02 =0.00164 m2  Tieát dieän loã môû treân oáng hôi : S4 = π .dhôi.h2 = 3.1416 * 0.05*0.0125 = 0.00196 m2 Neân ta coù S1 ≅ S2 ≅ S3 ≅ S4 ( hôïp lyù )  Loã thaùo loûng : Tieát dieän caét ngang cuûa thaùp F = 0.7854 m2 Cöù 1 m2 choïn 4 cm2 loã thaùo loûng . Do ñoù toång dieän tích loã thaùo loûng treân moät maâm laø:0.7854 *4 /1 = 3.1416 cm2 Choïn ñöôøng kính loã thaùo loûng laø 5mm = 0.5cm Neân soá loã thaùo loûng caàn thieát treân moät maâm laø : 3.1416*4/π *d 2 =

3.1416*4 = 16 (loã ) 3.14*0.5 2

** Kieåm tra khoaûng caùch giöõa caùc maâm : 2 ρ y  F *ω y  hmin = 23300* *   ρ x  n * π * dch,t  ρ loûng

y

, ρ

x

: khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi, pha

ρ y = (ρ HL+ ρ HC)/2 = (0.691 + 1.31 )/ 2 = 1.0004 ( Kg/m3) ρ x = (ρ LL+ ρ LC)/2 = (958.8296 + 946.625 )/2 =952.757 (Kg/m3) ω y : vaän toác hôi trung bình ñi trong thaùp

ω

y

'  ( ρ *ω ) ρy * ϖ y ) tb ( y y tb  +  ρ HL ρHC = 2   

    0.733 1.003  +  =  / 2 = 0.913 0.691 1.31    

(m/s)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 40

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh 2

hmin = 23300*

1.004  0.7854 *0.913  * = 0.147 (m) < 0.3 (m) 952.757  40*3.14*0.073 

Vaäy khoaûng caùch giöõa hai maâm laø 0.3 m laø hôïp lyù.



Ñoä môû loã choùp hs :  ρy hs = 7.55*   ρx − ρ y

1/ 3

 2/3  V   * H s *  G   Ss  

2/3

Hs = hso = b = 20 (mm) VG = ( Vy + V'y) /2 = 0.5823 (m3/s)  Ñoái vôùi phaàn caát laø: Ss = n * S3= 26*0.00164 = 0.0426 (m2) 1.0004   hs = 7.55*    952.757 −1.0004  hs = 1.616 Neân ta coù hso

1/3

*20

2/3

 0.5823 *   0.0426 

2/3

= 32.316 (mm)

 Ñoái vôùi phaàn chöng laø Ss = n * S3= 40*0.00164 = 0.0656 (m2) 1/3

2/3

1.0004   2/3  0.5823 hs = 7.55*   * 20 *  = 24.249 (mm)  952.757 −1.0004   0.0656  hs = 1.21 ≅ 1 : khaù hôïp lyù Neân ta coù hso



Choïn hs =24.249 vaø Ss =0.0656 (m2)

 Chieàu cao möïc chaát loûng treân gôø chaûy traøn : 2/3  QL  hwo = 2.84 * K*   = ∆h  Lw  Vôùi K : heä soá hieäu chænh cho gôø chaûy traøn , phuï thuoäc vaøo 2 giaù trò :  QL   4.772  = 0.226*  = 6.685 2.5  2.5   0.48   Lw 

x = 0.226* 

Trong ñoù : QL :löu löôïng pha loûng trung bình trong thaùp ñöôïc tính nhö sau :

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 41

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

+ Löu löôïng chaát loûng trong phaàn caát cuûa thaùp

: Q L' =

G D * R x * M HL D * R x * M HL 276.305* 21.217 * 2.683 = = = 0.000251(m 3 /s ) ' 3600* M D * ρx 3600*18.106*958.8296 3600*55.52 *958 .8296

+ Löu löôïng chaát loûng trong phaàn chöng cuûa

thaùp :

Q L" = ( =(

M HC GD *R x G F M m" D *R x F + )* =( + )* " MD M F 3600* ρx MD M F 3600* ρ LC

276.305* 2.683 507.656 40.997 + )* = 0.00072( m 3 / s) 18.106 26.4 3600*946.625

+ Löu löôïng chaát loûng trung bình trong thaùp : QL = ( Q'L + Q"L) /2 = 0.000487 ( m3/s) = 1.753 ( m3/h) Lw : chieàu daøi gôø chaûy traøn = 0.6*D = 0.6 (m) Lw = 0.6 D

Tra ñoà thò hình IX22 trang 186 taøi lieäu [6], ñöôïc K = 1.2 Do ñoù how

 1.753  = 2.84 * 1.2 *    0.6 

2/3

= 6.967 (mm)



Gradient chieàu cao möïc chaát loûng treân maâm ∆ : ∆ = Cg * ∆ ' *nh -Chieàu roäng trung bình cuûa maâm Bm : + Chieàu roäng cuûa oáng chaûy chuyeàn : dw = 0.08* D= 0.08 (m) + Dieän tích cuûa oáng chaûy chuyeàn Sd = 0.04*F = 2 0.0314 (m ) Khoaûng caùch giöõa hai gôø chaûy traøn l = D - 2.d w= D ( 1 -2*0.08)=0.84D + Dieän tích giöõa hai gôø chaûy traøn : A = F - 2*Sd = F(1 -2*0.04 ) = 0.92F Chieàu roäng trung bình : Bm =

A 0.92* F = = 0.86 D = 0.86 (m) l 0.84* D

-

Heä soá ñieàu chænh toác ñoä pha khí Cg phuï thuoäc hai giaù trò : + x = 1.34 *

QL 1.753 = 1.34 * = 2.732 Bm 0.86

+ 0.82* v* ρG = 0.82*0.7414*1.0004 = 0.608

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 42

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic Vôùi v=

GVHD: Vuõ Baù Minh

4*V G 4*0.5823 = = 0.7414( m / s) 2 π *D 3.1416*0.12

Tra ñoà thò hình 5.10 trang 80 Taäp 3 (Kyõ thuaät phaân rieâng ) ñöôïc Cg = 0.71

-

Giaù trò 4* ∆ ' tra töø hình 5.14a trang 81 Taäp 3 vôùi: x = 2.732 ,hsc = 12.5,hm = 67.5 ñöôïc 4. ∆ ' = 6.5 hay ∆ ' = 6.5/4 = 1.625

-

Soá haøng choùp nh = 5 Khi ñoù ∆ = 0.71 * 1.625 * 5 = 5.77 (mm)

o Chieàu cao gôø chaûy traøn h

w

:

Do hm = hw + how + 0.5∆ = Suy ra hw = hm - how - 0.5*∆ = 67.5 - 14.6 - 0.5*5.77 = 57.648 (mm) Choïn hw = 50 mm TRỞ LÖÏC CUÛA THAÙP CHOÙP Trôû löïc cuûa thaùp choùp xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: IV.

∆ P = Ntt ×∆ Pñ , N/m2 Trong ñoù Ntt laø soá ñóa thöïc teá cuûa thaùp ; ∆ Pñ – Toång trôû löïc cuûa moät ñóa, N/m2 . ÔÛ phaàn chöng vaø phaàn caát, trôû löïc qua caùc ñóa khoâng ñoàng ñeàu . Do ñoù ñeå chính xaùc , trôû löïc seõ ñöôïc tính rieâng cho töøng phaàn . A. Toång trôû löïc phaàn caát : Toång trôû löïc qua moät dóa : ∆ Pñ = ∆ Pk + ∆ Ps +∆ Pt

1.

Trôû löïc ñóa khoâ ∆ Pk :

∆ Pk = ξ * ρ y* ω 20 ( N/m2) ξ : heä soá trôû löïc ñó a khoâ, ξ = 4.5 : 5 , choïn ξ = 5 ρ y : khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi = ρ HC = 1.31 ( Kg/m3) ω o : vaän toác hôi qua raõnh choùp ( m/s )

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 43

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

V y'

ω o=

n*i *a *b

V y : löu löôïng pha hôi trung bình ñi trong phaàn caát =1798.375 (m3/h) =0.4995 (m3/s) ’

⇒ω

O

=

0.4995 = 6.58 (m/s) 26*74*0.002*0.02

⇒ ∆ Pk = 5*0.691* 6.582 /2 = 74.754 ( N/m2) Trôû löïc do söùc caêng beà maët :

2.

4 *σ

∆ Ps = d td σ : söùc caêng beà maët trung bình cuûa hoãn hôïp ÔÛ ttb = 99.334 OC → σ acetic = 19.867*10-3 (N/m) σ nöôùc = 59.023*10-3 (N/m) ( Tra baûng I-242 trang 300, taøi lieäu [5] ) 1

σ hh

=

1

σ acetic

+σ

1 nuoc

⇒ σ hh = 14.864 *10-3 (N/m) dtd : ñöôøng kính töông ñöông cuûa khe raõnh : dtd =

4.a.b 4. f x = 2.( a +b) H

fx : dieän tích tieát dieän töï do cuûa raõnh . fx = hr * b=a*b H : chu vi raõnh dtd = 4.2.20 / 2(2+20) = 3.64 ( mm ) = 3.64*10-3 (m) ⇒ ∆ Ps = 4.σ / dtd = 4*14.864* 10-3 / ( 3.6410-3 ) = 16.35 ( N/m2)

3.

Trôû löïc cuûa lôùp chaát loûng treân ñóa

( Trôû löïc thuûy tónh ∆ Pt ) ∆ Pt = ρ b.g.( hb – hr /2) (N/m2) ρ b : khoái löôïng rieâng cuûa boït, thöôøng ρ b = ( 0.4 ÷ 0.6 ). ρ x Choïn ρ b = 0.5*ρ x = 0.5*958.8296 ( Kg/m3) = 479.415 ( Kg/m3) hr :chieàu cao cuûa khe choùp (m), hr = b = 20 (mm) = 0.02 (m) hb:chieàu cao lôùp boït treân ñóa (m) hb =

(hc + ∆ − hx ).( F − f ). ρ x + h x .ρb . f + ( hch − h x ). f .ρb F .ρb

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 44

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

ñóa

GVHD: Vuõ Baù Minh

hc : chieàu cao ñoaïn oáng chaûy chuyeàn nhoâ leân treân hc = 50.5978 (mm) = 0.051 (m) hx : chieàu cao lôùp chaát loûng ( khoâng laãn boït ) treân

ñóa

hx = S + 0.5*b = 0.0125 + 0.5* 0.02 = 0.0225 (m) =

22.5 (mm) F : phaàn dieän tích beà maët ñóa coù gaén choùp ( nghóa laø tröø hai phaàn dieän tích ñóa ñeå boá trí oáng chaûy chuyeàn ) Fo = F – 2*Sd = 0.92 * F = 0.376 (m2) f :toång dieän tích caùc choùp treân ñóa f = 0.785* dch2 *n = 0.785 * (70/1000)2*26 = 0.1 (m2) hch : chieàu cao cuûa choùp hch = hc + ∆ = 0.05 + 0.0119 = 0.0625 (m) ⇒ hb =

(0.05 + 0.0119 − 0.0225)*(0.376− 0.1)*958.8296*+ 0 .0225*479.415*0.1 479.415*0.376 (0.0625 −0.0225)*0.1*479.415 + 0.376*479.415

= 0.0762 (m) = 76.2 (mm) ⇒ ∆ Pt = 479.415 * 9.81 * ( 0.0762 – 0.02/2 ) = 291.5275 2 (N/m ) o Toång trôû löïc qua moät ñóa : ∆ Pñ = ∆ Pk + ∆ Ps +∆ Pt = 74.754 + 16.35 + 291.5275 = 307.766 2 (N/m ) o Toång trôû löïc phaàn caát: ∆ Pcaát = Ntt.caát * ∆ Pñ.caát = 61* 422.4664 = 18773.721 (N/m2) B. Toång trôû löïc phaàn chöng : Toång trôû löïc qua moät dóa : ∆ Pñ = ∆ Pk + ∆ Ps +∆ Pt

1.

Trôû löïc ñóa khoâ ∆ Pk :

∆ Pk = ξ * ρ ”y* ω 20/2 ( N/m2) ξ : heä soá trôû löïc ñó a khoâ, ξ = 4.5 ÷ 5 , choïn ξ = 5 ρ y: Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi (khí )= ρ HC = 1.31 ( Kg/m3) ω o : vaän toác hôi qua raõnh choùp ( m/s )

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 45

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

V y"

ω o=

V

GVHD: Vuõ Baù Minh

n*i *a *b

”

y

chöng :

: löu löôïng pha hôi trung bình ñi trong phaàn V”y =2394.377 (m3/h)= 0.665 (m3/s)

⇒ω

O

=

0.665 = 10.139 (m/s) 40*41*0.002*0.02

⇒ ∆ Pk = 5* 1.31 * 10.1392 /2 = 66.42 ( N/m2) 2. Trôû löïc do söùc caêng beà maët : 4 *σ

∆ Ps = d td σ : söùc caêng beà maët trung bình cuûa hoãn hôïp ÔÛ t”x = 107.6256 OC → σ acetic = 19.116*10-3 (N/m) σ nöôùc = 57.375*10-3 (N/m) ( Tra baûng I-242 Soå tay taäp moät ) 1

σ hh

=

1

σ acetic

+σ

1 nuoc

⇒ σ hh = 14.337*10-3 (N/m) dtd : ñöôøng kính töông ñöông cuûa khe raõnh : dtd =

4.a.b 4. f x = 2.( a +b) H

fx : dieän tích tieát dieän töï do cuûa raõnh = hr H : chu vi raõnh dtd = 4.2.20 / 2(2+20) = 3.64 ( mm ) = 3.64*10-3 (m) ⇒ ∆ Ps = 4.σ / dtd = 4*14.337* 10-3 / ( 3.64*10-3 ) = 15.771 ( N/m2)

3.

Trôû löïc cuûa lôùp chaát loûng treân ñóa ( Trôû

löïc thuûy tónh ∆ Pt ) ∆ Pt = ρ ’b.g.( hb – hr /2) (N/m2) ρ ’b : khoái löôïng rieâng cuûa boït, thöôøng ρ ’b = ( 0.4 ÷ 0.6 ). ρ ”x Choïn ρ ’b = 0.5*ρ ’x = 0.5* 946.625 = 473.312 ( Kg/m3) hr : chieàu cao cuûa khe choùp (m), hr = b = 20 (mm) = 0.02 (m) hb : chieàu cao lôùp boït treân ñóa (m) hb =

(hc + ∆ − hx ).( F − f ). ρ x + h x .ρb . f + ( hch − h x ). f .ρb F .ρb

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 46

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

∆ : chieàu cao cuûa chaát loûng treân oáng chaûy chuyeàn = ∆ h = 11.2 (mm) = 0.0112 (m) hc : chieàu cao ñoaïn oáng chaûy chuyeàn nhoâ leân treân ñóa hc = 51.229 (mm) = 0.051 (m) hx : chieàu cao lôùp chaát loûng ( khoâng laãn boït ) treân ñóa hx = S + 0.5*b = 0.0125 + 0.5* 0.02 = 0.0225 (m) = 22.5 (mm) F : phaàn dieän tích beà maët ñóa coù gaén choùp ( nghóa laø tröø hai phaàn dieän tích ñóa ñeå boá trí oáng chaûy chuyeàn ) Fo = F – 2*Sd = 0.92 * F = 0.723 (m2) f:toång dieän tích caùc choùp treân ñóa ; f = 0.785* dch2 *n = 0.785 * (70/100)2* 40 = 0.154 2 (m ) hch : chieàu cao cuûa choùp ; hch = hc + ∆ = 0.051 + 0.0112 = 0.0625 (m) ⇒ hb =

(0.05 + 0.0112 − 0.0225)*(0.723− 0.154)*946.625*+ 473.312*0.723 (0.0625 −0.0225)*0.112*473.312 + 0.723*473.312

0.0225*473.312*0.154

= 0.06837 (m) = 68.37 (mm) ⇒ ∆ Pt = 473.312 * 9.81 * ( 0.06837 – 0.02/2 ) = 271.054 2 (N/m ) o Toång trôû löïc qua moät maâm : ∆ Pñ=∆ Pk+ ∆ Ps +∆ Pt = 66.42 + 15.771 + 271.054 = 353.246 (N/m2) o Toång trôû löïc phaàn chöng : ∆ Pchöng = Ntt.chöng * ∆ Pñ.chöng = 21*353.246 = 7418.156 (N/m2) Toång trôû löïc cuûa thaùp ∆ P : ∆ P = ∆ Pcaát + ∆ Pchöng = 18773.721 + 7418.156 = 26191.877 (N/m2) ** Kieåm tra laïi khoaûng caùch maâm h = 0.3 m ñaûm baûo ñieàu kieän hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa thaùp : h > 1.8*

∆Pd ρ x .g

Vì ∆ Pñ-caát > ∆ Pñ-chöng neân ta laáy ∆ Pñ-caát ñeå kieåm tra : Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 47

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic 1.8*

GVHD: Vuõ Baù Minh

307.766 = 0.0588 < 0.3 thoûa 958.8296*9.81

Vaäy choïn h= 0.3 laø hôïp lyù .

CHÖÔNG V : TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ THAÙP Thaân cuûa thaùp ñöôïc cheá taïo baèng phöông phaùp haøn hoà quang. Thaân thaùp ñöôïc gheùp töø nhieàu ñoaïn baèng moái gheùp bích. Choïn vaät lieäu laøm thaân laø theùp khoâng gæ X18H10T Toác ñoä aên moøn cuûa theùp ≤ 0.1 mm/naêm Thaân thaùp cao 25 m vaät lieäu laøm baèng theùp khoâng ræ X18H10T coù caùc Thoâng soá sau : chieàu daøy taám theùp

s = 4-25 mm δ k =550.106 N/m2 δ c = 220x 106 N / m 2

Giôùi haïn beàn keùo Giôùi haïn beàn chaûy Ñoä giaûn daøi töông ñoái Khoái löôïng rieâng Heä soá daãn nhieät Heä soá poatxong 313, [6]) Heä soá ñieàu chænh Heä soá beàn moái haøn

35-40% 7900 kg/m3 16.3w/mñoä µ = 0.33

η =1

(Baûng XII.7, trang (trang 26, [7])

ϕh = 0.95

Heä soá an toaøn beàn chaûy nc = 1.5 Heä soá an toaøn keùo

nk = 2.6

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 48

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Moâ ñun ñaøn hoài : E = 2.1*105 N/mm2 45, [7])

(Baûng 2.12, trang

(Taát caû caùc thoâng soá treân tra caùc baûng XII.4.tr310,baûng XII.7,tr313,baûng XIII.3,tr356, XIII.8,tr362 taøi lieäu [6]) ÖÙng suaát cho pheùp :

[ δk ]

6

δ 540*10 = kη= *1= 207.69 x 10 6 N / m 2 nk 2.6

[δ c ] = δ c η = 220 x10 x1 = 146 .6 x10 6 N / m 2 nc 1.5

(XIII.1 tr 355, taøi lieäu [6])

6

( XIII.2 tr 355,taäp 2)

[δ ] = min {δ k ,δ c } = 146 .6 x10 6 N / m 2 Aùp suaát tính toaùn : Thaùp laøm vieäc ôû aùp suaát khí quyeån, neân ta choïn aùp suaát tính toaùn : Ptt =P1 + ∑htl +Ph

, (N/mm2)

Vôùi : P1 : aùp suaát thuûy tónh do chaát loûng (N/mm2). Ph :aùp suaát khí trong thaùp =1at=9.81.104 (N/m2) Choïn aùp suaát tính toaùn sao cho thaùp hoaït ñoäng ôû ñieàu kieän nguy hieåm nhaát maø vaãn an toaøn neân : P1 = ρ x .g.H=

ρ xtb + ρ ' xtb .g.H = 2

958.8296 +946.625 x 9.81x 25 2

=243264.369=0.243

*106 N/m2 Vôùi H : chieàu cao coät chaát loûng laáy baèng chieàu cao cuûa thaùp 25m 4 + = Suy ra : ptt = 0.243*106 +26191.877 9.81.10 0.367 *106 N/m2

Xaùc ñònh beà daøy thaân chòu aùp suaát trong :

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 49

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic S =

Dt . p +C ( m ) 2 [ δ ] φh − p

GVHD: Vuõ Baù Minh

( CT XIII.8,tr360, - taøi lieäu [6])

Theo baûng XIII.8 trang 362 taøi lieäu [6] : giaù trò beàn haøn cuûa thaân hình truï, haøn hoà quang ñieän, Dt ≥ 700 (mm), theùp hôïp kim ϕ h = 0.95

Vì

[ δ ] φh ptt

=

146.6.106 x 0.95 = 379.35 > 50 neân coù theå boû qua ñaïi 3.67 × 106

löôïng p ôû maãu soá coâng thöùc tính S , nghóa laø S=

D. p

2[δ ]ϕh

+C

Trong ñoù : C :heä soá boå sung do aên moøn , baøo moøn vaø dung sai veà chieâàu daøy, C=C1 + C2 + C3 Vôùi : + C1 : heä soá boå sung do aên moøn, xuaát phaùt töø ñieàu kieän aên moøn vaät lieäu cuûa moâi tröôøng vaø thôøi gian. Choïn toác ñoä aên moøn cuûa acid acetic laø 0.5 ÷0,1 (mm/naêm),thieát bò hoaït ñoäng töø 15 ÷ 20 naêm, ta coù theå laáy C1 = 1mm +C2 : ñaïi löôïng boå sung do hao moøn coù theå boû qua trong quaù trình tính toaùn , C2=0 +C3 : heä soá boå sung do dung sai chieàu daøy khi cheá taïo. Tra [4,XIII-9,364] ta coù Cc =0,8 (mm). Vaäy C = 1+0+0.8 =1.8mm =1.8 .10-3 (m) Do ñöôøng kính phaàn chöng lôùn hôn phaàn caát neân ta coù theå tinh toaùn ôû ñaây laø ñöông kính phaàn chöng laø 1m cho ñoàng nhaát D . ptt 1x 0.367 ×10 6 S = +C = + 1.8.10−3 = 3.11× 10−3 (m )= 3.11(mm ) 6 2 [ δ ] φh 2 x 146.6.10 x 0.95

Choïn chieàu daøy taám theùp S= 4 (mm) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 50

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Kieåm tra öùng suaát cuûa thaønh theo aùp suaát thö ûduøng nöôùc: Aùp suaát thöû tính toaùn p0 xaùc ñònh theo baûng XIII.5 theoduøng nöôùc p0 = pth+ p1 = (1.5*0.367*106 +0.243*106)= 0.794 *106 N/m2 δ=

[ D + S − C ] P0 2(S − C )φh

=

1 + (4 − 1.8) ×10−3 × 0.794 ×106 = 183.3.106 (N / m 2 ) 2 × (4 − 1.8) × 10−3 × 0.95

( CT

XIII.26,tr 365,taäp 2) 1 + 5*10 −3 − 1.8*10− 3 x 0.6332257 *106 δc →δ = = 0.418*10<6 = 183.3.10 6 ( N / m2 ) −3 −3 2(5.10 −1.8*10 )0.95 1.2

Nhö vaäy thoaû ñieàu kieän

II- TÍNH ÑAÙY VAØ NAÉP THIEÁT BÒ Choïn ñaùy vaø naép coù daïng laø ellipise tieâu chuaån, coù gôø baèng theùp X18H10T

Chieàu cao gôø: h =50 mm  Ñoái vôí phaàn chöng coù ñöôøng kính laø 1 m Ñöôøng kính trong cuûa thaùp : Dt = 1 (m) Vôùi ñöôøng kính nhö vaäy vaø vaät lieäu theùp khoâng ræ (tra baûng XIII.10 tr 382,taøi lieäu [6]) Ñaùy- naép elip coù :

ht = 0.25 ⇒ ht Dt

= 0.25 * Dt = 0.25 * 1

=250( mm) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 51

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Ta ñöôïc ht = 250 (mm) vaø Dieän tích beà maët trong: Ft = 1.24 m2 Chieàu daøy cuûa ñaùy vaø naép: S=

Dt p tt D x t +C 3.8[δ ] kϕ h − p tt 2hb

(CTXIII.47 tr385 taøi lieäu [6])

Trong ñoù chieàu cao phaàn loài cuûa ñaùy laø: hb = ht − h =250 50 − 200( = mm) Vôùi ϕh =0.95 laø heä soá beàn cuûa moái höôùng taâm tra baûng XIII.8 taøi lieäu [6] C = C1 + C2 +C3 +C0 (mm) Choïn C1=1(mm) ;C2 =0(m;C3=0.8 (mm) tính cho 4(mm) chieàu daøy Do S- C=3.11-1.8=1.31 mm 20mm<S-C<10mm => C0 =1(mm) heä soá boå xung khi tính ñaùy vaø naép . C =1 + 0 + 0.8 + 2 =3.8 (mm) Heä soá voâ thöù nguyeân k = 1 − Ta coù :

[σ ] k ϕ p

h =

d =1-(0.5/1) = 0.5 Dt

207.69 *106 *0.5*0.95 =268.596 ≥30. Neân ta coù 0.367 *106

theå boû qua Ptt ôû maãu coâng thöùc tính S.

S =

Dt ptt D x t 3.8[ δ k ] k φh 2hb

+C

1* 0.367 *106 1 = * 3.4 + *10−3 6 3.8 * 207.69.10 * 0.5 * 0.95 x2 0.2

5.849 = *10−3 m( ) mm 6 ≈

S - C < 10mm taêng cöôøng theâm 2 (mm) Vaäy chieuà daøy cuûa ñaùy (naép) S = 8 (mm)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 52

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Kieåm tra aùp suaát thaønh ôû aùp suaát thuûy löïc:

[D δ=

]

+ 2hb ( S − C ) p 0 δ c ≤ = 183.3.10 6 N / m 2 7.6kϕ h hb ( S − C ) 1.2 2 t

12 + 2*0.2(8.10−3 − 3.8*10−3 )  *0.794*106 δ δ= = 262.26*106 > c = 183.3*106 N / m 2 −3 −3 7.6*0.5*0.95*0.2(8.10 − 3.8*10 ) 1.2

Khoâng thoaû vaäy ta taêng cöôøng theâm 2mm Vaäy choïn S = 10 mm 12 + 2*0.2(0.01 − 3.8*10−3 )  *0.794*106 δ δ= = 177.802*106 < c = 183.3*106 N / m 2 −3 7.6*0.5*0.95*0.2(0.01 − 3.8*10 ) 1.2

Thoaû ñieàu kieän choïn S =10 mm.

 Vôùi ñöôøng kính phaàn caát laø 0.8 m thì ta coù :

− 150( = m m) chieàu cao phaàn loài cuûa ñaùy laø: hb = ht − h =200 50 Dieän tích beà maët trong: Ft = 1.24 m2 cho C=3.8 (mm) ( Nhö phaàn chöng) Heä soá voâ thöù nguyeân k = 1 −

S = =

d =1-(0.5/0.8) = 0.375 Dt

Dt ptt Dt x +C 3.8[ δ k ] k φh 2 * 0.15

0.8 * 0.367 *106 0.8 * 3.4 + *10−3 6 3.8 * 207.69.10 * 0.5 * 0.95 x2 0.2

2mm ≈

S - C < 10mm taêng cöôøng theâm 2 (mm) Vaäy chieuà daøy cuûa ñaùy (naép) S = 4 (mm) δ=

[D

]

+ 2hb ( S − C ) p 0 δ c ≤ = 183.3.10 6 N / m 2 7.6kϕ h hb ( S − C ) 1.2 2 t

0.82 + 2*0.15(4.10−3 − 3.8*10−3 )  *0.794*106 δ δ= = 0.375*106 < c = 183.3*106 N / m 2 −3 −3 7.6*0.5*0.95*0.15(4.10 − 3.8*10 ) 1.2

Vaäy choïn S=4 mm laø hôïp lyù

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 53

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

III . BÍCH GHEÙP THAÂN, ÑAÙY VAØ NAÉP : Maët bích laø boä phaän quan troïng duøng ñeå noái caùc phaàn cuûa thieát bò cuõng nhö noái caùc boä phaän khaùc vôùi thieát bò. Caùc loaïi maët bích thöôøng söû duïng: + Bích lieàn: laø boä phaän noái lieàn vôùi thieát bò (haøn, ñuùc vaø reøn). Loaïi bích naøy chuû yeáu duøng thieát bò laøm vieäc vôùi aùp suaát thaáp vaø aùp suaát trung bình. + Bích töï do: chuû yeáu duøng noái oáng daãn laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao, ñeå noái caùc boä baèng kim loaïi maøu vaø hôïp kim cuûa chuùng, ñaëc bieät laø khi caàn laøm maët bích baèng vaät lieäu beàn hôn thieát bò. + Bích ren: chuû yeáu duøng cho thieát bò laøm vieäc ôû aùp suaát cao. Choïn bích ñöôïc gheùp thaân, ñaùy vaø naép laøm baèng theùp CT3, caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå.

Theo taøi lieäu tham khaûo (XIII.27, trang 420, taøi lieäu [6]), öùng vôùi Dt =1000(mm) vaø aùp suaát tính toaùn Ptt = 0.367*106(N/m2) ta choïn bích coù caùc thoâng soá sau : Dt

D

Db

D1

D0

h

Bu loâng db

(mm)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Z (ca ùi)

Trang 54

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic 100 114 109 106 101 0 0 0 0 3

GVHD: Vuõ Baù Minh

22

M2 0

28

Trong ñoù : Dt = 1000 (mm) : bò.

Ñöôøng kính beân trong cuûa thieát

Db = 1090 (mm) :

Ñöôøng kính taâm bu loâng.

D1 = 1060 (mm) :

Ñöôøng kính meùp vaùt.

D = 1140 (mm) :

Ñöôøng kính bích.

h = 22 (mm)

Chieàu cao bích.

:

db = M20 (mm) :

Ñöôøng kính bu loâng.

z = 28 (caùi)

:

Soá bu loâng.

Vôùi ∆ h = 300 (mm). Theo taøi lieäu tham khaûo [IX.5,170 taøi lieäu [5]], ta choïn nhö sau:  Ñoái vôùi phaàn chöng coù ñöôøng kính laø 1 m thì

+ Choïn soá maâm giöõa hai maët bích laø 6 maâm. + Khoaûng caùch giöõa 2 maët noái bích laø 1800 (mm). + Khoaûng caùch giöõa 2 ñóa laø 300 (mm). 

Ñoái vôùi phaàn caát coù ñöôøng kính laø 0.8 m thì

+ Choïn soá maâm giöõa hai maët bích laø 4 maâm. + Khoaûng caùch giöõa 2 maët noái bích laø 1200 (mm). + Khoaûng caùch giöõa 2 ñóa laø 300 (mm).

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 55

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic Ta coù:

GVHD: Vuõ Baù Minh

H thaân 26 = = 13 2 2

⇒ Soá maët bích caàn duøng ñeå gheùp laø: (13+ 1).2 = 28 (bích) (14 caëp bích) Khoaûng caùch giöõa 2 maët bích theo thöïc teá: ∆ lbích = H thaân 26 = = 0,9286 (m) 28 28

• Ñoä kín cuûa moái gheùp bích chuû yeáu do vaät ñeäm quyeát ñònh. Ñeäm laøm baèng caùc vaät lieäu meàm hôn so vôùi vaät lieäu bích. Khi xieát bu loâng, ñeäm bò bieán daïng vaø ñieàn ñaày leân caùc choã goà gheà treân beà maët cuûa bích. Vaäy, ñeå ñaûm baûo ñoä kín cho thieát bò ta choïn ñeäm laø daây amiaêng, coù beà daøy laø 3(mm). • Theo baûng XIII-31 - Töông öùng vôùi baûng XIII-27 tr433 : kích thöôùc beà maêät ñeäm bít kín:(choïn töông öùng vôùi ñöôøng kính phaàn chöng laø 1m cho deã quy ñoàng ) Dt = 1000(mm) H = h = 22 (mm) D1 = 1060 (mm) D2 = 1054 (mm) D4 = 1030 (mm) Vaø do Dt ≥ 1000 (mm) neân D3 = D2 +2 = 1056 (mm) D5 = D4 -2 = 1028 (mm). ( Theo taøi lieäu [6] trang 433 ) Ñieàn ñaày leân caùc choã goà gheà treân beà maët cuûa bích. Vaäy, ñeå ñaûm baûo ñoä kín cho thieát bò ta choïn ñeäm laø daây amiaêng, coù beà daøy laø 3(mm). IV.Tính chi tieát oáng daãn Choïn vaät lieäu laøm oáng laø theùp X18H10T , choïn kieåu 1

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 56

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

1. Ñöôøng kính oáng daãn hôi ( ñænh thaùp ) vaøo thieát bò ngöng tuï : 4 * Qy

d=

π *v

Qy : löu löôïng hôi ñi ra khoûi ñænh thaùp ( m3/s) Gy

1017.564

Qy = 3600 * ρ = = 0.409 ( m3/s) 3600*0.691 y g G y = d ; löôïng hôi ra khoûi ñóa v : vaän toác hôi ñi qua oáng, choïn v = 30 ( m/s ) 4 *0.409 = 0.132( m ) = 132 ( mm ). =>Choïn d1 = π *30

⇒ d1 =

150 ( mm ) Theo taøi lieäu [6] – Baûng XIII-32 trang 434 , choïn l 1 = 130 ( mm ) ( chieàu daøi ñoaïn noái oáng ) Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hôi ôû ñænh thaùp : Dt Dn D Db D1 h Bu loâng db

(ca ùi)

(mm) 150 2.

159

260 225 202

Z

16

M1 6

8

OÁng daãn doøng chaûy hoaøn löu : d=

4*Q

π *v

Löôïng hoaøn löu G = GD * R = 276.305 * 2.683 = 741.258 ( Kg/h) G

741.258

Q = 3600 * ρ = = 2.147 * 10-4 ( m3 /s ) 3600*958.8296 x (ρ x : khoái löôïng rieâng pha loûng trong ñoaïn caát = ρ 958.8296 Kg/m3 ) Choïn v = 0.3 ( m/s ) ⇒ d2 =

x

=

4*2.147 *10 −4 = 0.0301896 ( m 3.14*0.3

Choïn d2 = 32 Theo soå tay taäp hai – Baûng XIII-32 trang 434 , choïn l2 = 100 ( mm ) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 57

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hoaøn löu: Dt

Dn

D

Db

D1

h

Bu loâng db (ca ùi)

(mm) 32

3.

38

120

90

70

12

M1 2

4

OÁng daãn doøng nhaäp lieäu : d=

4*Q

π *v

Q=

GF = 507.656 3600 * ρ F 3600 * ρ F

; t = 101.044 C( tra baûng I.2–taøi lieäu [5]trang 9) → ρ =956.121(Kg/m3) ρ nöôùc = 957.217 ( Kg/m3) ⇒ ρ F = x F * ρn + (1 − x F ) * ρa = 0.8*957.217 + 0.2*956.121 = 956.998 ( Kg/m3) O

⇒Q = ⇒ d3 =

acetic

507.656 = 1.47*10 −4 (m3/s) .Choïn v = 0.5m/s 3600*956.998

4*1.47 *10 −4 = 0.03036 ( m ) 3.14*0.5

Choïn d3 = 32 ( mm ); l3 = 100 ( mm ) Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn nhaäp lieäu: Dt

Dn

D

Db

D1

h

Bu loâng db

(mm) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Z (ca Trang 58

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh ùi)

32 4.

38

120

90

70

12

M1 2

4

OÁng daãn doøng saûn phaåm ñaùy : d=

4*Q

π *v

Q=

GW = 231.259 3600 * ρW 3600* ρW

; tW = 114.207 OC (baûng I.2–taøi lieäu [5]trang 9)→ ρ acetic = 932.427( kg/m3) ρ nöôùc = 947.345 3 ( Kg/m ) ⇒ ρ W = 0.04*947.345 + 0.96*932.427= 933.024 3 ( Kg/m ) ⇒Q =

231.2591 = 6.885*10-5( m3/s ) 3600*933.024

Choïn v = 0.3 ( m/s ) ⇒ d4 =

4*6.885*10 −5 = 0.0171 ( m ) 3.14*0.3

Choïn d4 = 20 ( mm ); L4 = 80 ( mm ) Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn chaát loûng ôû ñaùy thaùp: Dt

Dn

D

Db

D1

h

Bu loâng db (ca ùi)

(mm) 20

5.

25

90

65

50

12

M1 0

4

OÁng daãn hôi töø noài ñun qua thaùp :

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 59

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

d=

Q=

4*Q

π *v

;

GW 3 6 *0ρ "y0

GVHD: Vuõ Baù Minh

= 231.2591 = 0.049 ( m3/s ) 3600*1.31

4 * 0.49 = 0.0456 ( m ) = 0.042 3.14*35

Choïn v = 30 ( m/s )⇒ d5 =

( mm ) Choïn d5 = 50 ( mm ); l5 = 100 ( mm ) Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp OÁng daãn hôi töø noài ñun qua thaùp: Dt

Dn

D

Db

D1

h

Bu loâng db

(ca ùi)

(mm) 50

57

160 125 102

Z

16

M1 6

4

6. OÁng hôi ôû ñaùy thaùp: Nhieät ñoä cuûa pha hôi taïi ñaùy thaùp laø tHW = 116 (oC). Choïn vaän toác hôi vaøo ñaùy thaùp laø vHW = 120 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái:

Dy =

4.n HW RT HW = 3600P πv HW

22, 4 × (116 + 273) = 0,0827 (m) = 83 273 3600 ×1 ×π ×120

4 × 56.201×

(mm) ⇒ Choïn oáng coù Dy = 100 (mm). Tra baûng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 110 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 60

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

⇒ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,1579 (N/mm2) laø: Dy

Dn

D

Dδ

D1

h

Bu loâng db

(mm) 100

108

205

170

Z (caùi)

148

14

M16

4

I. OÁng daãn loûng ra khoûi noài ñun: Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vW = 0,15 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái:

4.GW 4 × 231.2591 = = 0,0238(m) = 23.8 3600 ρ LW πv W 3600 × 957, 457 × π × 0,15

Dy = (mm)

⇒ Choïn oáng coù Dy = 25(mm). Tra baûng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 90 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Dy

Dn

D

Dδ

D1

h

Bu loâng db

(mm) 25

30

115

85

Z (caùi)

68

18

M12

v. CHAÂN ÑÔÕ THAÙP : 1. Tính troïng löôïng cuøa toaøn thaùp: Tra baûng XII.7, trang 313, [6] ⇒ Khoái löôïng rieâng cuûa thaùp X18H10T laø: ρ 7900 (kg/m3)

4

X18H10T

=

Khoái löôïng cuûa moät bích gheùp thaân: Bích gheùp thaân laøm baèng theùp CT3 coù khoái löôïng rieâng laø: 7850 kg/m3

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 61

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic mbích gheùp thaân =

GVHD: Vuõ Baù Minh

π π D 2 − D t 2 ) h ρ CT 3 = ( 1.14 2 − 12 ) × 0.022× 7850 = 40.637 ( 4 4

(kg) Khoái löôïng cuûa moät maâm: mmaâm =

π .Dt 2 .δ mâm .0,9.ρ X18H10T 4

=

π 4

*0.12*0.004*0.9*7900 =

22.336(kg) Khoái löôïng cuûa thaân thaùp: mthaân =

π .(D2ng –D2t).Hthaân . ρ 4

X18H10T

π 4

= . ( 1.0082 −12 ) * 26*7900 =

2591.463 (kg) Khoái löôïng cuûa ñaùy (naép) thaùp: mñaùy(naép) = Sbeà maët .δ

ñaùy

.ρ

X18H10T

= 1.14* 0.01. 7900 = 97.96 (kg)

Khoái löôïng cuûa toaøn thaùp: m = 28 mbích gheùp thaân + 83 mmaâm + mthaân + 2 mñaùy(naép) = 28* 40.637 + 83* 22.336+ 2591.463 + 2* 97.96 = 5779.18 (kg) 2. Tính chaân ñôõ thaùp:

Choïn chaân ñôõ: thaùp ñöôïc ñôõ treân boán chaân. Vaät lieäu laøm chaân ñôõ laø theùp CT3.

Truïc thieát bò

T heo ñaùy thieát bò

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 62

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân: Gc = P mg 5779.18 × 9,81 = = = 1.473*104 (N) 4 4 4

Ñeå ñaûm baûo ñoä an toaøn cho thieát bò, ta choïn: Gc = 2,5.104 (N) Tra baûng XIII.35, trang 437, [6] ⇒ choïn chaân ñôõ coù caùc thoâng soá sau: L

B

250

180

B1

B2

H

h

s

l

d

215

290

350

185

16

90

27

VI.TAI TREO THAÙP : Choïn tai treo: tai treo ñöôïc gaén treân thaân thaùp ñeå giöõ cho thaùp khoûi bò dao ñoäng trong ñieàu kieän ngoaïi caûnh. Choïn vaät lieäu laøm tai treo laø theùp CT3.Ta choïn boán tai treo, taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo: Gt = Gc = 2,5.104

(N). Tra baûng XIII.36, trang 438, [6] ⇒ choïn tai treo coù caùc thoâng soá sau: L

B

B1

H

S

l

a

d

150

120

130

215

8

60

20

30

Khoái löôïng moät tai treo: mtai treo = 1,23 (kg) Tra baûng XIII.37, trang 439, [6]

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 63

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

⇒ Choïn taám loùt tai treo baèng theùp CT3 coù caùc thoâng soá sau:  Chieàu daøi taám loùt: H = 260 (mm).  Chieàu roäng taám loùt: B = 140 (mm).  Beà daøy taám loùt: SH = 6 (mm). Theå tích moät taám loùt tai treo: Vtaám loùt = 260 .140 .6 .10-9 = 2,184.10 −4 (m3) Khoái löôïng moät taám loùt tai treo: mtaám loùt = Vtaám loùt. ρ 1,714 (kg) II.

CT3

=

LÔÙP CAÙCH NHIEÄT :

Trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa thaùp, do thaùp tieáp xuùc vôùi khoâng khí neân nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh ngaøy caøng lôùn. Ñeå thaùp hoaït ñoäng oån ñònh, ñuùng vôùi caùc thoâng soá ñaõ thieát keá, ta phaûi taêng daàn löôïng hôi ñoát gia nhieät cho noài ñun ñeå thaùp khoâng bò nguoäi (nhaát laø saûn phaåm ñænh, aûnh höôûng ñeán hieäu suaát cuûa thaùp). Khi ñoù, chi phí cho hôi ñoát seõ taêng. Ñeå thaùp khoâng bò nguoäi maø khoâng taêng chi phí hôi ñoát, ta thieát keá lôùp caùch nhieät bao quanh thaân thaùp. Choïn vaät lieäu caùch nhieät cho thaân thaùp laø amiaêng coù beà daøy laø δ a . Tra baûng 28, trang 416, [4]: Heä soá daãn nhieät cuûa amiaêng laø λ a = 0,151 (W/m.K). Nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh: Qm = 0,05.Qñ = 0,05. 2292526 = 114626.3 (kJ/h) =31840.638 (W) Nhieät taûi maát maùt rieâng: qm =

λ Qm λ a = .(tv1 − tv2 ) = a .∆tv (W/m2) ftb δa δa

Trong ñoù:  

tv1 : nhieät ñoä cuûa lôùp caùch nhieät tieáp xuùc vôùi beà maët ngoaøi cuûa thaùp. tv2 : nhieät ñoä cuûa lôùp caùch nhieät tieáp xuùc vôùi khoâng khí.

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 64

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic 

GVHD: Vuõ Baù Minh

∆ tv : hieäu soá nhieät ñoä giöõa hai beà maët cuûa lôùp caùch nhieät. Ñeå an toaøn ta laáy ∆ tv = ∆ tmax = tñaùy - tkk Choïn tkk = 28oC ⇒ ∆ tv = ∆ tmax = 116 – 28 = 88 (0C)



ftb : dieän tích beà maët trung bình cuûa thaùp (keå caû lôùp caùch nhieät), m2. D + Dn D + D n + 2Sthaân+ 2δ a H=π t H = π (Dt + Sthaân + ftb = π DtbH = π t 2 2 δ a)H  Đối với phần chưng có đường kính là 1 m thì Ta coù phöông trình: 31840.638 0,151 = .88 π × (1 + 0, 003 + δ a ) × 25 δa

⇔

30.509 1 = (1.003 + δ a ) δ a

⇔ δ Vaäy: choïn δ

a

a

= 9.64*10 −3 (m) = 10 (mm)

= 10 (mm).

Theå tích vaät lieäu caùch nhieät caàn duøng: Vchưng = π (Dt + 2Sthaân + δ a)*δ

a

*H

= π .(1 + 2*0,003 + 0,01)*0,01*25 = 0.84 (m3).  Đối với phần cất có đường kính là 0.8 m thì 31840.638 0,151 30.509 1 = .88 ⇔ = π × (0.8 + 0, 003 + δ a ) × 25 δa (0.803 + δ a ) δ a

⇔ δ

a

=1.2045 (mm)= 13 (mm)

Theå tích vaät lieäu caùch nhieät caàn duøng: Vcat = π (Dt + 2Sthaân + δ a)*δ = 1.04 (m3).

a

Do Vcat > Vchưng .Vậy ta lựa chọn δ

*H = π .(1 + 2*0,003 + 0,013)*0,013*25

a

=13 mm; V =1.04 (m3).

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 65

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Chöông VI

TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHUÏ I. THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI ÑAÙY THAÙP :

Ñaù y thaù p (hôi)

Hôi Nöôù c

Ñaù y thaù p Saû n phaå m ñaù y

Nöôù c

Choïn thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp laø noài ñun Kettle. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 25 x 3.: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0.038 (m) Beà daøy oáng: δ t = 3 (mm) = 0.003(m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0.032 (m) Hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 3 at ñi trong oáng 38 x 3.   

Tra baûng 1.251, trang 314, [5]: Nhieät hoùa hôi: rH O = rn = 2171 (J/kg)  Nhieät ñoä soâi: tH O = tn = 132.9 (oC) Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä: 

2

2

Töø xW = 0.04 ( mol nöôùc / mol hoãn hôïp) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 66

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic  

GVHD: Vuõ Baù Minh

Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): ts1 = 114.2072oC Sau khi ñöôïc ñun soâi (hôi): ts2 = 115.7796 (oC)

1. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình:

Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: ∆t log =

(132.9 − 114.2072) − (132.9 − 115.7796) 132.9 − 114, 2072 = 17.895 (0K). Ln 132.9 − 115.7796

2. Heä soá truyeàn nhieät:

Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö ñoái vôùi töôøng phaúng: K=

  

1 1 1 + Σrt + αn αS

,(W/m2.K)

; Vôùi:

α n : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát (W/m2.K). α S : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy (W/m2.K). ∑rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. I.1 Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: t −t qt = w1 w2 , (W/m2). Trong ñoù: Σrt

tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát (trong oáng), oC  tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (ngoaøi oáng), oC 

Σrt =

δt + r1 + r2 λt

Beà daøy thaønh oáng: δ t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λ t = 16,3 (W/mK) (Baûng XII.7, trang 313, [6]) 

 Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5800 (m2.K/W) (Baûng 31, trang 419, [4]) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 67

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic 

GVHD: Vuõ Baù Minh

Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: ∑rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) I.2 . Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn

phaåm ñaùy ngoaøi oáng: AÙp duïng coâng thöùc (V.89), trang 26, [6]: α

S

 ρ .r  = 7,77 . 10 .  h   ρ − ρh  -2

0,033

ρ .  σ

0,333

.

λ0,75.q0,7 µ 0,45.c0.117.Ts0,37

Nhieät ñoä soâi trung bình cuûa doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng: tS =

t S 1 + t S 2 114.2072 + 115.7796 = = 114.9934 (oC) 2 2

⇒ TS = 114.9934 + 273 = 387.9934 (0K) Taïi nhieät ñoä soâi trung bình thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi trong doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng: ρh =

PM HW 1× 58.320 = 22, 4 =1.832 (kg/m3) RT S × (114.9934 + 273) 273

Khoái löôïng rieâng :  ρ N = 947,055 (kg/m3) (Baûng I.249, trang 310, [5])  ρ A = 931.012 (kg/m3) (Baûng I.2, trang 9, [5]) Neân:

1 xW 1 − x W 0.012 1− 0.012 = + = + ⇒ ρ = 931,207 (kg/m3) ρ ρN ρA 947.055 931.012

Ñoä nhôùt µ N = 2,8.10-4 (N.s/m2) (Baûng I.249, trang 310, [5])  µ A = 4,6.10-4 (N.s/m2) (Baûng I.101, trang 91, [5]) Neân: lgµ = xWlgµ N + (1 - xW)lgµ A = 0,8955.lg(2,8.10-4) + (1 0,8955).lg(4,6.10-4) ⇒ µ =4.48*10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät ;  λ N = 0,685 (W/mK) (Baûng 1.249, trang 310, [5])  λ A = 0,152 (W/mK) (Baûng 1.130, trang 134, [5]) AÙp duïng coâng thöùc (1.33), trang 123, [5]): λ = λ N.xW + λ A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(λ N - λ A) = 0.154 (W/mK) Nhieät dung rieâng : Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 68

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

cN = 4241,488 (J/kg0K) (Baûng 1.249, trang 310, [5]) cA = 2508.715 (J/kg0K) (Baûng 1.154, trang 172, [5]) Neân: c = cN xW + cA. (1 - xW ) = 2530.108 (J/kg0K) Söùc caêng beà maët:  σ N = 0,0559 (N/m) (Baûng 1.242, trang 300, [5])  σ A = 0,0185 (N/m) (Baûng 1.242, trang 300, [5])  

Neân: σ =

σNσA = 0,0139 (N/m) σN + σA

Nhieät hoùa hôi  rN = 2221017.2 (J/kg) (Baûng 1.250, trang 312, [5])  rA = 390628.993 (J/kg) (Baûng I.213, trang 256, [5]) Neân: r = rN xW + rA. (1 - xW ) = 413226.38 (J/kg) I.3 Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát trong oáng: AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]: α n = 0,7254

rn .ρ 2n .g.λ3n µ n .(tn - tW1).dtr

Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 128.7 (oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = ½ (tn + tW1) = 130.8 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ n = 941.784 (kg/m3)  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ n = 2.166*10-4 (N.s/m2)  Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ n = 0.686 (W/mK) Neân: α n = 2757.582 (W/m2K) ⇒ qn = α n (tn – tW1) = 11581.846 (W/m2) ⇒ qt = qn = 11581.846 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣ rt = 122.575 (oC) ⇒ α S = 1495.8807 (W/m2K) (vôùi q = qt) ⇒ qS = α S (tW2 – tS) = 11340.618 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ε =

qn − qS qn

100% = 2.083% < 5% (thoûa)

Keát luaän: tw1 = 128.7 oC vaø tw2 = 122.575 oC I.4 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 69

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic K =

GVHD: Vuõ Baù Minh

1 1 1 = 641.019 (W/m2K) + 5, 289.10 −4 + 2757.582 1495.8807

2. Beà maët truyeàn nhieät:

Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: QD1 =

Q F −Q f 175173.2 −45542.389 = = 0.95 0.95

Q

136453.503 (KJ/h)

136453.503 ×1000

ñ F = K .∆t = 3600 × 641.019 ×17.895 = 33.043 (m2) log

3. Caáu taïo thieát bò:

Ñaët noài ñun Kette rieâng bieät vôùi thaùp . Noài ñun tieáp nhaän doøng loûng ñi ra beân döôùi thaùp. Nhôø hôi nöôùc baõo hoøa coù nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä doøng loûng treân seõ giuùp hoùa hôi moät phaàn loûng ôû ñaùy thaùp muïc ñích taïo hôi cho phaàn naøy coù ñieàu kieän ñi leân ñænh thaùp. OÁng duøng trong noài coù kích thöôùc : ñöôøng kính ngoaøi cuûa oáng dh = 0.038m, loaïi oáng laø 32x3mm. Thieát bò goàm 127 oáng, xeáp thaønh hình luïc giaùc ñeàu, F d + dtr = 2.366 (m) ⇒ Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n 2

choïn L = 3 (m) Tra baûng V.II, trang 48, [6] ⇒ Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 13 (oáng) Tra baûng trang 21, [3] ⇒ Böôùc oáng: t = 1.4d = (mm) = 0,0448 (m) AÙp duïng coâng thöùc (V.140), trang 49, [6]: ⇒ Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0.6896 (m) II. THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH : Choïn thieát bò ngöng tuï voû – oáng loaïi TH, ñaët naèm ngang. Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 70

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 38 x 3: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Beà daøy oáng: δ t = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Choïn:  Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 28oC vaø nhieät ñoä ra tR = 45oC.  Doøng hôi taïi ñænh ñi ngoaøi oáng vôùi nhieät ñoä ngöng tuï tngöng = tD = 100.595 (oC)   

1. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: ∆t log =

(100.595 − 28) − (100.595 − 45) 100.595 − 28 = 63,718(K). Ln 100.595 − 45

2. Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: K=

1 1 1 + Σrt + αn α ngöng

,(W/m2.K)

Vôùi: α n : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh (W/m2.K). α ngöng : heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ngöng tuï (W/m2.K).  ∑rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu.  

Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng : Cheânh leäch nhieät ñoä vaøo: ∆t 1 = 100.595− 28= 72.596 0C II.1

Cheânh leäch nhieät ñoä ra: ∆t 2 = 100.595− 45= 55.596 0C

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 71

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

∆t 1 75.596 = =1.305 <2 suy ra hieäu soá nhieät ñoä trung bình: ∆t 1 55.596 ∆t tb =

75.596 + 55.596 0 64.096 = C 2

Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: tf = ½ (tV + tR) = 36,5 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ n = 993.4 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: ν n = 7.038*10-7 (m2/s) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ n = 0,6284 (W/mK) Chuaån soá Prandtl: Prn = 4.723 Choïn vaän toác nöôùc ñi trong oáng:vn = 1 (m/s)    

G

4

32374.173

4

n ⇒ Soá oáng: n = 3600 ρ . π .d 2.v = 3600 ×993.4 .π .0, 032 2.1 = 11.256=12 N tr n oáng Tra baûng V.II, trang 48, [6] ⇒ choïn n = 19 (oáng)

⇒ Vaän toác thöïc teá cuûa nöôùc trong oáng: vn =

4G n 4 × 32374.173 = = 0.592 (m/s). 2 3600 ρ n nπ d tr 3600 ×993.4 ×19 ×π × 0, 0322

Chuaån soá Reynolds : Re n =

v n .d tr 0.592 × 0, 032 = = 26935.701 > 104 : cheá ñoä chaûy νn 7.038*10 −7

roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4],coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Nun = 0,021.ε l .Re

0,8 n

0,43 n

Pr

 Pr  . n   Prw2 

Nu n = 0.021*1*26935.701 4.723 0,8

0,25

 4.723  .   Prw 2 

0,43 n

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

0,25

=

211.3 PrW0.25 2

Trang 72

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Trong ñoù: ε 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Vì

l 2 = > 50 → ε l = 1 d 0.025

Tra baûng 3.1, trang 110, [4] ⇒ choïn ε

1

=1

Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng trong: α

n

=

Nun .λ n dtr

II.2

Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu : qt =

tw1 − tw2 Σrt

, (W/m2).

Trong ñoù:  

tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ngöng tuï, oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh, oC Σrt =

δt + r1 + r2 λt

Beà daøy thaønh oáng: δ t = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λ t = 16,3 (W/mK)  Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: ∑rt = 5,565.10-4 (m2.K/W)  

Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï ngoaøi oáng : Ñieàu kieän: II.3

- Ngöng tuï hôi baõo hoøa. - Khoâng chöùa khoâng khí khoâng ngöng. - Hôi ngöng tuï ôû maët ngoaøi oáng. - Maøng chaát ngöng tuï chaûy taàng. - OÁng naèm ngang. AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]⇒ Ñoái vôùi oáng ñôn chieác naèm ngang thì: Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 73

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic α1 = 0,7254

GVHD: Vuõ Baù Minh

r.ρ2 .g.λ3 µ.(tngöng - tW1 ).dn

Tra baûng V.II, trang 48, [6] : Vôùi soá oáng n = 19 thì soá oáng treân ñöôøng cheùo cuûa hình 6 caïnh laø: b = 5 Tra hình V.20, trang 30, [6] ⇒ heä soá phuï thuoäc vaøo caùch boá trí oáng vaø soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø ε tb = 0,7 (vì xeáp xen keõ vaø soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø 5) ⇒ Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: α ε tbα 1 = 0,7α 1

ngöng

=

Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 98.1 (oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng chaát ngöng tuï: tm = ½ (tngöng + tW1) = 99.348 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì:  

Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ N = 958.8433 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: ρ A = 958.7498 (kg/m3)

Neân:

1 x D 1− x D 0.992 0.008 = + = + ⇒ ρ = 958.843 (kg/m3) ρ ρN ρA 958.8433 958.7498

Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N = 2.84*10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 4.633*10-4 (N.s/m2) Neân: lgµ = xDlgµ N + (1 – xD)lgµ A = 0.997*lg(2.84*10-4) + 0.003*lg(4.633*10-4)  

⇒ µ = 2.843*10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ N = 0.6819 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: λ A = 0.1552 (W/mK) Neân: λ = λ N.xD + λ A.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(λ N - λ A) = 0.6796 (W/mK)  

Ta coù α 

n

=

Nun .λ n dtr

⇒α n=

211.3 0.642 × PrW0.25 0.032 2

Nhieät ngöng tuï cuûa doøng hôi: r = rD = 2252808.577 (J/kg)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 74

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Neân: α 1 = 15987.969 (W/m2K) ⇒ α ngöng = 28227.034 (W/m2K) ⇒ qngöng = α ngöng (tngöng – tW1) = 70453.3 (W/m2) ⇒ qt = qngöng = 70453.3 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣ rt = 58.895 (oC) ⇒ Prw2 = 3.012 ⇒ Nun = 160.412 ⇒ α n = 3150.093 (W/m2K) ⇒ qn = α n (tW2 – tf) = 70547.458 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ε =

qngöng − qn qngöng

100% = 0.133% < 5% (thoûa)

Keát luaän: tw1 = 98.1 ( oC) vaø tw2 = 58.89(oC) II.4

Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:

K =

1 1 1 = 1099.698 (W/m2K) + 5,565.10 −4 + 3150.093 28227.034

3.Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: QD = 2298238.471(kj/h) Q

Q

2298238.471 ×1000

nt D F = K .∆t = K .∆t 3600× 1099.698 × 63, 718 = 9.11 (m2) log log

4. Caáu taïo thieát bò:

Soá oáng truyeàn nhieät: n = 19 (oáng). OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. F d + dtr = 4.36 (m) ⇒ Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n 2

choïn L = 5 (m) Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 5 (oáng)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 75

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Tra baûng trang 21, [3] ⇒ Böôùc oáng: t = 1.4d = 0.0448 (m) AÙp duïng coâng thöùc (V.140), trang 49, [6]: ⇒ Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0.3312 (m)

III.

THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑAÙY :

Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T:  Kích thöôùc oáng trong: 38 x 3  Kích thöôùc oáng ngoaøi: 57 x 3 Choïn:  Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 28oC vaø nhieät ñoä ra tR = 45oC.  Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tWS = 114.2072oC vaø nhieät ñoä ra tWR = 35oC. 1. Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng: Suaát löôïng nöôùc caàn duøng:Gn = 596.079 (kg/h) 114.2 450C

350C 280C

2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình:

Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: ∆t log =

(114.207 − 45) − (35 − 28) 114.207 − 45 = 27.151 (0C). Ln 35 − 28

3. Heä soá truyeàn nhieät:

Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc:

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 76

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic K=

GVHD: Vuõ Baù Minh

1 1 1 + Σrt + αn αW

,(W/m2.K)

. Vôùi:

α n : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh (W/m2.K). α W : heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy (W/m2.K).  ∑rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu.  

Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: Kích thöôùc cuûa oáng trong:  Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: δ t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: tf = ½ (tV + tR) = 36.5 (oC). 3.1.

Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ n = 993.4 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: ν n = 7.038.10-7 (m2/s) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ n = 0,628 (W/mK) Chuaån soá Prandtl: Prn = 4.723 Caùc tính chaát lyù hoïc tra ôû Baûng I.249,taøi lieäu [5] trang 310 öùng vôùi nhieät ñoä trung bình saûn phaåm ñaùy ttbW =    

tws + twr 114.207 + 35 = = 74.604 oC: 2 2

+ Nhieät dung rieâng: cw= 4210.683 (J/kg.ñoä). + Khoái löôïng rieâng: ρ

w

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µ

= 975.038(Kg/m3). w

+ Heä soá daãn nhieät : λ

= 0.3797*10-3 (N.s/m2). w

= 0.671 (W/moK).

Vaän toác nöôùc ñi trong oáng: vn =

4G n 4 × 596.079 = = 0.207 (m/s). 2 3600 ρnπ d tr 3600 ×993.4 ×π ×0, 032 2

Chuaån soá Reynolds : Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 77

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic Re n =

GVHD: Vuõ Baù Minh

v n .d tr 0.207 × 0, 032 = = 10457.516 >104 => cheá ñoä chaûy νn 7.038.10 −7

roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] ⇒ coâng thöùc xaùc

ñònh

chuaån

soá

Nusselt: Nun = 0,021.ε l .Re Pr 0,8 n

0,43 n

 Pr  . n   Prw2 

0,25

=0.021*10457.5160.8*4.2730.43*(4.273/Prw2)0.25 Trong ñoù: ε 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] ⇒ choïn ε

1

=1

Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: α 3.2.

n

=

Nun .λ n dtr

Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: qt =

tw1 − tw2 Σrt

, (W/m2). Trong ñoù:

tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (trong oáng trong), oC  tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh (ngoaøi oáng trong), oC 

Σrt =

δt + r1 + r2 λt

Beà daøy thaønh oáng: δ t = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λ t = 16,3 (W/mK)  Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: ∑rt = 5,565.10-4 (m2.K/W)  

Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi:  Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: δ t = 3 (mm) = 0,003 (m) 3.3.

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 78

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,051 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: 

tW = ½ (tWS + tWR) = 74.6036 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì:  

Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ N = 975.038 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: ρ A = 987.206 (kg/m3)

Neân:

1 x W 1 − xW 0, 72 0, 28 = + = + ⇒ ρ = 987,054 (kg/m3) ρ ρN ρA 975.038 987.206

Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N = 3.797*10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 0.598*10-4 (N.s/m2) Neân: lgµ = xWlgµ N + (1 - xW)lgµ A = 0.04*lg(3.9767*10-4) + (10.04)*lg(6.278*10-4)  

⇒ µ = 5.87*10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ N = 0,6682 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: λ A = 0,1609 (W/mK) Neân: λ = λ N.xW + λ A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(λ N - λ A) = 0162 (W/mK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4190.683 (J/kgK)  Nhieät dung rieâng cuûa axit: cA = 2286.5896 (J/kgK) Neân: c = cN xW + cA. (1 - xW ) = 2310.097 (J/kgK)  Heä soá daõn nôû theå tích cuûa nöôùc : βN = 5*976*10 −4 (1/ñoä)  Heä soá daõn nôû theå tích cuûa axit : βA = 1*169*10 −3 (1/ñoä) Tra baûng 33 trang 421 taøi lieäu [4] Neân : β = xW .β N + (1 − xW ) β A = 1.115*10 −4 (1/ñoä)  

AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: Pr = 8.332 Vaän toác cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: v =

cµ = λ

4GW 4 × 231.259 = = 0.0716 (m/s) 2 2 3600 ρπ ( Dtr − d n ) 3600 × 987.054×π × (0.0512 − 0.0382 )

Ñöôøng kính töông ñöông: dtñ = Dtr – dn = 0,051 – 0,038 = 0,013 (m)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 79

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Chuaån soá Reynolds : vd ρ 0.0716 × 0.013 × 987.054 Re = tñ = = 1565.537 µ 5.87.10−4 ⇒ 10< Re <2300: cheá ñoä chaûy maøng AÙp duïng coâng thöùc (V.45), trang 17, [6]: coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt Nu W = 0,15 .ε l . Re

0 , 33

.Gr

0 ,1

Pr

0 , 43

 Pr .  Pr  w1

0 , 25

   

Trong ñoù: ε 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] ⇒ choïn ε Chuaån soá Grashof : Gr = β

gl 3 ∆t

γ2

1

=1

(coâng thöùc trang 305,

[3]) Trong ñoù : o L = dtñ = 0,013 (m) o β : heä soá daõn nôû theå tích , (1/ñoä) o γ : ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa löu chaát , (m2/s) µ 4.87.10 −4 γ= = = 6.062.10 −8 (m2/s) ρ .g 987.054 ×9,81 ▪

∆t : cheânh leäch nhieät ñoä giöõa thaønh oáng vaø

doøng saûn phaåm ñaùy ∆t = tW 1 − tW , (oC) Heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: α

W

=

Nu W .λ dtñ

Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 55.5 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N =5.033*10-4 (N.s/m2)  Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 7.405*10-4 (N.s/m2) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 80

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic Neân: lgµ W1 = xWlgµ 0.96.lg(7.405*10-4) ⇒µ

W1

N

+ (1 - xW)lgµ

GVHD: Vuõ Baù Minh A

= 0.04.lg(5.033*10-4) +

= 7.29*10-4 (N.s/m2)

Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ N = 0.6536 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: λ A = 0,1645 (W/mK) Neân: λ W1 = λ N.xW + λ A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(λ N - λ A) = 0.166 (W/mK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4178.5 (J/kgK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2118.925 (J/kgK) Neân: cW1 = cN xW + cA. (1 - xW ) = 2207.562 (J/kgK)  

AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: PrW1 =

cW1µ W1 λ W1

= 9.682 Neân: NuW = 65.545 ⇒ α W = 820.638 (W/m2K) ⇒ qW = α W (tW – tW1) = 15677.144(W/m2) ⇒ qt = qW = 15677.144 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣ rt = 46.766 (oC) ⇒Pr W 2 = 2.62 ⇒ Nun = 77.921 ⇒ α n = 1530.175 (W/m2K) ⇒qn = α n (tW2 – tf) = 15724.467 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ε =

qW − qn qW

100% = 0.302% < 5% (thoûa)

Keát luaän: tw1 = 55.5oC vaø tw2 = 46.8oC 3.4.

Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K =

1 1 1 = 411.769 (W/m2K) + 5,565.10−4 + 1530.175 820.638

4. Beà maët truyeàn nhieät:

Löôïng nhieät trao ñoåi: Q = GW(hWS – hWR) Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 28oC vaø nhieät ñoä ra tR = 45oC. Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 81

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tWS = 114.2072oC vaø nhieät ñoä ra tWR = 35oC Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 35oC =4.178 (Kj/kg) Nhieät dung rieâng cuûa axit ôû 35oC =2.0735 (Kj/kg) Neân: hWR = (0.012* 4,178 + (1-0.012)* 20735). 35 =263.829 (Kj/kg) hWS = cW.tWS = [ xW cN + (1− xW )cA ]tWS =73.482 (Kj/kg)  : Q = GW(hWS – hWR) =44019.678 (kj/h) Tra baûng 1.250, trang 312, taøi lieäu [5] ⇒ Enthalpy cuûa nöôùc ôû 28oC : hV =105.94 ⇒ Enthalpy cuûa nöôùc ôû 45oC : hR =188.55 (Kj/kg) Q

Suaát löôïng nöôùc caàn duøng: G n = h − h = 532.861 (kg/h) R V Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Q

44019.678 ×1000

F = K .∆t = 3600 × 411.769× 27.151 = 1.0937 (m2) log

5. Caáu taïo thieát bò: F d + dtr = 9.9 (m) Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n 2

⇒ choïn L = 12 (m) ( döï tröõ khoaûng 15%) Kieåm tra:

L 10 = = 375 > 50 ⇒ ε d tr 0, 032

l

= 1: thoûa

Keát luaän: Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 12 (m), chia thaønh 4 daõy, moãi daõy 3m. IV. THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI DOØNG NHAÄP LIEÄU : Choïn thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T:  Kích thöôùc oáng trong: 38 x 3  Kích thöôùc oáng ngoaøi: 57 x 3 Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 82

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Choïn:  Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = tFV = 28 oC vaø nhieät ñoä ra tR = tFS = 101.3 oC.  Hôi ngöng tuï ñi trong oáng ngoaøi coù aùp suaát 3 at:  Nhieät hoùa hôi: rH O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhieät ñoä soâi: tH O = tn = 126,25 (oC) 1. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: 2

2

∆t log =

(132.9 − 28) − (132.9 − 101.3) (132.9 − 28) = 61.091 (oC) Ln (132.9 − 101.3)

2. Heä soá truyeàn nhieät : Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: K=

1 1 1 + Σrt + αF αn

,(W/m2.K)

Vôùi: α F : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng (W/m2.K).  α n : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát ngoaøi oáng (W/m2.K).  ∑rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. 

2.1Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: Kích thöôùc cuûa oáng trong:  Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: δ t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: tF = ½ (tV + tR) = 64.65 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì:  

Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ N = 983.2 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: ρ A = 998.652 (kg/m3)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 83

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic Neân:

x 1 − x F 0.545 1 −0.545 1 = F + = + ⇒ρ ρF ρ N ρA 983.2 998.652

GVHD: Vuõ Baù Minh

F

= 990.164 (kg/m3)

Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N = 4.365*10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 5.698*10-4 (N.s/m2) Neân: lgµ F = xFlgµ N + (1 – xF)lgµ A = 0.8*lg(4.365*10-4) + 0.92*lg(5.698*10-4)  

⇒µ

F

= 4.604*10-4 (N.s/m2)

Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ N = 0.66272 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: λ A = 0.16268 (W/mK) Neân: λ F = λ N.xF + λ A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(λ N - λ A) = 0.346 (W/mK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4183 (J/kgK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2232.343 (J/kgK) Neân: cF = cN xF + cA. (1 - xF ) = 3296.3375(J/kgK)  

AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: PrF =

cF µF = λF

4.384 Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: vF =

4G F 4 × 507.565 = = 0.17705 (m/s) 2 3600 ρπ d tr 3600 ×990.16 ×π × 0, 0322

Chuaån soá Reynolds : Re F =

v F d tr ρF 0.17705 × 0.032 × 990.16 = = 12184.288 > 104 : cheá ñoä µF 4.604*10 −4

chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] ⇒ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: NuF = 0,021.ε l . Re

0,8 F

0,43 F

Pr

 Pr  . F   Prw2 

0,25

Trong ñoù: ε 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] ⇒ choïn ε

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

1

=1

Trang 84

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong: α

F

=

Nu F .λF dtr

2.2.Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu : qt =

tw1 − tw2 Σrt

, (W/m2).

Trong ñoù:  

tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát, oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi doøng nhaäp lieäu, oC Σrt =

δt + r1 + r2 λt

Beà daøy thaønh oáng: δ t = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λ t = 16,3 (W/mK)  Nhieät trôû lôùp caùu trong oáng: r1 = 1/5800 (m2.K/W)  Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: ∑rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 2.3.Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï ngoaøi oáng : Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi:  Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: δ t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,051 (m) AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]:  

α n = 0,7254

rn .ρ 2n .g.λ3n µ n .(tn - tW1).dn

Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 116 (oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = ½ (tn + tW1) = 124.45 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ n = 939.4065 (kg/m3)  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ n = 2.28510-4 (N.s/m2)  Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ n = 0.686 (W/mK) Neân: α n = 1838.3558 (W/m2K) ⇒ qn = α n (tn – tW1) = 31068.213 (W/m2)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 85

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

⇒ qt = qn = 31068.213 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣ rt = 99.9567 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì:  Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N = 2.832*10-4 (N.s/m2)  Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 4.622*10-4 (N.s/m2) Neân: lgµ W2 = xFlgµ N + (1 – xF)lgµ A = 0.8*lg(2.832*10-4) + 0.92*lg(4.622*10-4) ⇒µ

W2

= 3.124*10-4 (N.s/m2)

Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: λ N = 0.6819 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: λ A = 0.1551(W/mK) Neân: λ W2 = λ N.xF + λ A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(λ N - λ A) = 0.348 (W/mK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4219.655 (J/kgK)  Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2427.542 (J/kgK) Neân: cW2 = cN xF + cA. (1 - xF ) = 3405.058 (J/kgK)  

AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: PrW2 =

cW2µ W2 λ W2

= 3.0533 Neân: NuF = 80.566 ⇒ α F = 871.546(W/m2K) ⇒ qF = α F (tW2 - tF) = 30433.29 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ε =

qn − qF qn

100% = 2.043% < 5% (thoûa)

Keát luaän: tw1 = 116 oC vaø tw2 = 99.9567 oC 2.4.Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät : K =

1 1 1 = 450.404 (W/m2K) + 5, 289.10 −4 + 871.546 1838.3558

3. Beà maët truyeàn nhieät : Caân baèng nhieät: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 101.3 oC = 4.22169 (kJ/kg.K)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 86

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 101.3 oC =2.4368 (kJ/kg.K) => hFS = cF.tFS = [ xF cN +(1− xF )cA ]tFS =345.472 (kJ/kg) Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 28 oC = 2.0364 (J/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 28oC = 4.178(kJ/kg.K) ⇒ hFV = cF.tFV = [ xF cN +(1− xF )cA ]tFV = 89.727 (kJ/kg) Neân: Q = GF(hFS – hFV) = 507.565*(345.472 – 89.727) = 129807.11 (kJ/h) Q

Löôïng hôi ñoát caàn duøng: G n = r = 59.791 (kg/h) n Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Q

129807.11 ×1000

F = K .∆t = 3600 × 450.404 × 61.091 = 1.3104 (m2) log 4. Caáu taïo thieát bò : F d + dtr = 11.917 (m) ⇒ Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n 2

choïn L = 14 (m) ,(döï tröõ khoaûng 15%). Kieåm tra:

L 14 = = 473.5 > 50 ⇒ ε d tr 0, 032

l

= 1: thoûa

Keát luaän: Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 14 (m), chia thaønh 7 daõy, moãi daõy 2m. V. BOÀN CAO VÒ : 1. Toån thaát ñöôøng oáng daãn: Choïn oáng daãn coù ñöôøng kính trong laø dtr = 50 (mm).Tra baûng II.15, trang 381, [5] ⇒ Ñoä nhaùm cuûa oáng: ε moøn ít)

= 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (aên

 l1  vF 2 Toån thaát ñöôøng oáng daãn: h1 =  λ 1 + Σ ξ 1 .  d1  2g ñoù:

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

(m) Trong

Trang 87

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

 λ 1 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng.  l1 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, choïn l1 = 30(m).  d1 : ñöôøng kính oáng daãn, d1 = dtr = 0,05(m).  ∑ ξ 1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä.  vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn 1.1. Xaùc ñònh vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng

daãn : Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû nhieät ñoä trung bình: tF =

t FV + t FS 28+101.3 = = 62,5762 (oC). Taïi nhieät ñoä 2 2

naøy thì:  Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ N = 983.2 (kg/m3)  Khoái löôïng rieâng cuûa axit: ρ A = 998.652 (kg/m3)

Neân:

x 1 − x F 0.545 1 −0.545 1 = F + = + ⇒ρ ρF ρ N ρA 983.2 998.652

F

= 990.164 (kg/m3)

Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N = 4.365*10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 5.698*10-4 (N.s/m2) Neân: lgµ F = xFlgµ N + (1 – xF)lgµ A = 0.8*lg(4.365*10-4) + 0.92*lg(5.698*10-4)  

⇒µ

F

= 4.604*10-4 (N.s/m2)

Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: vF =

4G F 4 × 507.565 = = 0.0725 (m/s) 2 3600 ρπ d tr 3600 ×990.16 ×π × 0, 052

Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng : Chuaån soá Reynolds : 1.2.

Re F =

v F d tr ρF 0.0725 × 0.05 × 990.16 = µF 4.604*10 −4

= 7797.94428 > 4000 : cheá

ñoä chaûy roái Ren = 220.(

d 1 9/8 50 ) = 220.( )9/8 = 109674.38 ε 0,1

Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(d1/ε )8/7 = 3301.065

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 88

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Suy ra: Regh1 < ReF< Ren1: khu vöïc chaûy quaù ñoä, AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 380, [5]:  ε 100  λ = 0.11.46* +  d td Re  

0.25

0.0002 100   = 0.1* 1.46* +  0.05 7797.944  

0.25

=0.0369

Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: 1.3.

Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì ξ u1 (1 choã) = 0,15. Ñöôøng oáng coù 6 choã uoán ⇒ ξ

u1

= 0,15. 6 = 0,9

 Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]:

Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì ξ Ñöôøng oáng coù 2 van caàu ⇒ ξ

van

van (1 caùi)

= 10.

= 10. 2 = 20

 Löu löôïng keá : ξ l1 = 0 (coi nhö khoâng ñaùng keå).  Vaøo thaùp : ξ thaùp = 1

Neân: ∑ ξ

1

=ξ

u1

+ξ

van

+ξ

ll

= 21,9

λ.l  v F 2  0.369 *30 0.0725 2  ξ + . = 21.9 + h 1=  ∑ l =0.0118 (m)   * d  2.g  0.05  2*9.81 

2. Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu;  l v2 h2 =  λ 2 2 + Σ ξ 2 . 2 (m) .Trong ñoù:  d2  2g  λ 2 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng.  l2 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, l2 = 14 (m).  d2 : ñöôøng kính oáng daãn, d2 = dtr = 0,032(m).  ∑ ξ 2 : toång heä soá toån thaát cuïc boä.  v2 : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn 2.1. Vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn :v2 = vF

= 0.17705 (m/s) Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 89

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng : Chuaån soá Reynolds : Re2 = 12184.288 > 4000: cheá ñoä chaûy roái Ñoä nhaùm: ε = 0,0002 Chuaån soá Reynolds giôùi haïn: Regh = 6(d1/ε )8/7 = 3301.0653 2.2.

Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(d1/ε )9/8 = 109674.3807 Vì Regh < Re2 < Ren ⇒ cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 380, [5]: λ

2

=

 ε 100  0,1. 1,46. d + Re   2 2  

0,25

= 0.0562

Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Chöõ U : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: ξ U2 (1 choã) = 2.2 2.3.

Ñöôøng oáng coù (4 – 1) = 3 chöõ U ⇒ ξ

U2

= 2.2. 3 = 6.6

 Ñoät thu :

Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Fo 0, 0322 = Khi = 0.4096 thì ξ F1 0.052

Coù 1 choã ñoät thu ⇒ ξ

ñoät thu 2 (1choã)

ñoät thu 1

= 0.34

= 0.34

 Ñoät môû :

Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Fo 0, 0322 = Khi = 0.4096 thì ξ F1 0, 052

Coù 1 choã ñoät môû ⇒ ξ Neân: ∑ ξ

2

=ξ

U2

+ξ

ñoät môû 2 (1choã)

ñoät môû 2

ñoât thu 2

+ξ

= 0.36

= 0.36

ñoät môû 2

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

= 7.3

Trang 90

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic 

 0.17705

14

GVHD: Vuõ Baù Minh 2

+ 7.3  . Vaäy: h2 =  0.0562 = 0.0509 (m) 0, 032   2 × 9,81

3. Chieàu cao boàn cao vò: Choïn :  Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò.  Maët caét (2-2) laø maët caét taïi vò trí nhaäp lieäu ôû thaùp. Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): z1 +

2 2 P1 P2 v v + 1 = z2 + + 2 +∑hf1-2 ρF .g ρF .g 2.g 2.g

2

2

P2 − P1 v2 − v1 + ⇔ z1 = z2 + +∑hf1-2 ρ F .g 2.g

Trong ñoù: z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao boàn cao vò Hcv = z1.  z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao töø maët ñaát ñeán vò trí nhaäp lieäu: z2 = hchaân ñôõ + hñaùy + (nttC – 1)∆ h + 0,5 

= 0.35 + 0.3 + (20 – 1).0,3 + 0,5 = 6.85 (m) P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at = 9,81.104 (N/m2)  P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2) Xem ∆ P = P2 – P1 = nttL *∆ PL = 57* 291.5275 = 15512.0339 (N/m2) 

v1 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1), xem v1 = 0 (m/s). v2 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v2 = vF = 0.0725 (m/s). ∑hf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2): ∑hf1-2 = h1 + h2 = 0.0627 (m)   

Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò:

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 91

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic 2

Hcv = z2 +

GVHD: Vuõ Baù Minh

2

P2 − P1 v2 − v1 + +∑hf1-2 ρ F .g 2.g

= 6.85+

15512.0339 0.07252 − 0 + 0.0627 + 990.164 × 9.81 2 × 9.81

= 8.509 (m)

Choïn Hcv = 10 (m). VI. BÔM : Nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu laø tF = 28oC. Taïi nhieät ñoä naøy thì:  

Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: ρ N = 996.18 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: ρ A = 1047.6 (kg/m3)

Neân:

x 1− x F 1 0.545 1 −0.545 = F + = + ⇒ρ ρF ρ N ρA 996.18 1047.6

F

= 1018.913 (kg/m3)

Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: µ N = 8.374*10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: µ A = 1.074*10-3 (N.s/m2) Neân: lgµ F = xFlgµ N + (1 – xF)lgµ A = 0.8*lg(8.374*10-4) + 0.92*lg(1.074*10-3)  

⇒µ QF =

F

= 8.801*10-4 (N.s/m2)

GF 500 = = 0.498 (m3/h) ρF 1018.933

Vaäy: choïn bôm coù naêng suaát Qb = 0,5 (m3/h)

1. Coät aùp: Choïn :  Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn chöùa nguyeân lieäu.  Maët caét (2-2) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò. AÙp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): 2 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z2 + + +∑hf1-2 ρF .g ρF .g 2.g 2.g

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 92

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

Trong ñoù:       

z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, choïn z1 = 1m. z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, z2 = Hcv = 10m. P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at. P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2), choïn P2 = 1 at. v1,v2 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1) vaø(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s). ∑hf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2). Hb : coät aùp cuûa bôm.

Tính toång trôû löïc trong oáng: Choïn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau: dtr = 50 (mm) 2.1.

Tra baûng II.15, trang 381, [5] ⇒ Ñoä nhaùm cuûa oáng: ε = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (aên moøn ít) Toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy  lh + lñ  vF 2   λ + Σ ξ + Σ ξ ∑hf1-2 =  h ñ . d tr   2g Trong ñoù: lh : chieàu daøi oáng huùt. Chieàu cao huùt cuûa bôm: 

Tra baûng II.34, trang 441, [5] ⇒ hh = 4,5 (m) ⇒ Choïn lh = 6 (m).     

lñ : chieàu daøi oáng ñaåy, choïn lñ = 15 (m). ∑ ξ h : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt. ∑ ξ ñ : toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy. λ : heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy. vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng huùt vaø oáng ñaåy (m/s).

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 93

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic vF =

GVHD: Vuõ Baù Minh

4Qb 4 × 0,5 = = 0.0725 (m/s) 2 3600πd tr 3600 × π × 0,05 2

 Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng

ñaåy : Chuaån soá Reynolds : Re F =

v F d tr ρF 0.0725 × 0, 05 ×1018.913 = µF 8.801*10 −4

= 4197.691 >4000 ⇒ cheá

ñoä chaûy roái. Aùp duïng coâng thöùc (II.60), trang 378, [5]: d Regh= 6. h  ε 

8

7

8

50  7 = 6.   =3301.065  0.2 

AÙp duïng coâng thöùc (II.62), trang 379, [5]: Ren= 9

d  8 220. h  =109674.381  ε 

=> Regh < Re < Ren , => khu vöïc quaù ñoä khi ñoù  ε 100  λ = 0,1. 1, 46. +  d h Re  

0,25

= 0.0415

 Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt :

Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: 

Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì ξ u1 (1 choã) = 0,15. OÁng huùt coù 2 choã uoán ⇒ ξ

u1

= 0,15. 2 = 0,3

Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: 

Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì ξ OÁng huùt coù 1 van caàu ⇒ ξ

v1

v1 (1 caùi)

= 10.

= 10

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 94

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic Neân: ∑ ξ

h

=ξ

u1

+ξ

v1

GVHD: Vuõ Baù Minh

= 10,3

 Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng

ñaåy : Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: 

Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì ξ u2 (1 choã) = 0,15. OÁng ñaåy coù 4 choã uoán ⇒ ξ

u2

= 0,15. 4 = 0,6

Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: 

Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì ξ OÁng ñaåy coù 1 van caàu ⇒ ξ

v2

v2 (1 caùi)

= 10.

= 10

Vaøo boàn cao vò : ξ cv = 1 Neân: ∑ ξ ñ = ξ u1 + ξ v1 + ξ cv = 11,6 



6+8

 0.0725 2

+ 10,3 + 11, 6  . Vaäy: ∑hf1-2 =  0, 032 =8.267*10 −3 (m) 0, 05 2 × 9,81  

≈ 8

(mm)

Tính coät aùp cuûa bôm: Hb = (z2 – z1) + ∑hf1-2 = (10 – 1) +8.267*10 −3 = 9.008 (m) 2.2.

2. Coâng suaát: Choïn hieäu suaát cuûa bôm: η

b

= 0,8.

Coâng suaát thöïc teá cuûa bôm: Nb = Qb H b ρ F . g 0,5 × 9.008 ×1018.913 ×9,81 = 3600.ηb 3600× 0,8

= 15.632 (W) = 0.02098 (Hp). Keát luaän: Ñeå ñaûm baûo thaùp hoaït ñoäng lieân tuïc ta choïn 2 bôm li taâm loaïi XM, coù:

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 95

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic -

GVHD: Vuõ Baù Minh

Naêng suaát: Qb = 0,5 (m3/h) Coät aùp: Hb = 9.008 (m) Coâng suaát: Nb = 0.02098 (Hp)

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 96

Chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic

GVHD: Vuõ Baù Minh

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Traàn Huøng Duõng – Nguyeãn Vaên Luïc – Hoaøng

Minh Nam – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 1, Quyeån 2: Phaân rieâng baèng khí ñoäng, löïc ly taâm, bôm, quaït, maùy neùn. Tính heä thoáng ñöôøng oáng”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 1997, 203tr. [2]. Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 3: Truyeàn Khoái”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2004, 388tr. [3]. Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 5: Quaù trình vaø Thieát bò Truyeàn Nhieät”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2002, 372tr. [4]. Phaïm Vaên Boân – Vuõ Baù Minh – Hoaøng Minh Nam, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 10: Ví duï vaø Baøi taäp”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 468tr. [5]. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 1”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 626tr. [6]. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 2”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 447tr. [7]. Hoà Leâ Vieân, “Thieát keá vaø Tính toaùn caùc thieát bò hoùa chaát”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1978, 286tr.

Sinh vieân thöïc hieän : Phan Chí Hieáu

Trang 97